JP2022038494A - 熱電対の熱抵抗測定方法及び熱電対の熱抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電対の熱抵抗を実測可能とする熱電対の熱抵抗測定方法及び熱電対の熱抵抗測定装置を提供する。【解決手段】出力熱電対１８の熱抵抗測定方法６０は、温度差取得工程６２と導出工程６４とを備える。温度差取得工程６２は、熱抵抗が既知である対象物１４を周囲温度Ｔaよりも高い温度に加熱する。温度差取得工程６２は、この加熱状態において、対象物１４の接続箇所１６に熱電対１８を接続した接続状態２０及び接続箇所１６から熱電対１８を離した分離状態２２で接続箇所１６に生ずる温度差ΔＴを取得する。導出工程６４は、接続状態２０で測定された接続箇所１６の温度を示す接続時温度Ｔm、周囲温度Ｔa、対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈout、及び温度差ΔＴに基づいて熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈtcを導き出す。【選択図】図６

Description

本発明は、熱電対の熱抵抗測定方法及び熱電対の熱抵抗測定装置に関する。

特許文献１には、対象物の温度を熱電対で測定する方法が示されている。

特開２０１６－０１１８８０号公報

上述の測定方法において、小型電子部品の温度を測定する際には、熱電対を経由した放熱の影響で測定される温度が実際の値よりも低く測定される虞があり、測定される温度には、測定誤差が生ずる。

この測定誤差を解消するためには、熱電対の熱抵抗を知る必要があるが、熱電対の熱抵抗を実測する方法はなかった。

そこで本発明は、熱電対の熱抵抗を実測可能とする熱電対の熱抵抗測定方法及び熱電対の熱抵抗測定装置を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、出力熱抵抗が既知である対象物を周囲温度よりも高い温度に加熱した状態において、前記対象物の接続箇所に熱電対を接続した接続状態及び前記接続箇所から前記熱電対を離した分離状態で前記接続箇所に生ずる温度差を取得する温度差取得工程と、前記接続状態で測定された前記接続箇所の温度を示す接続時温度、前記周囲温度、前記対象物の熱抵抗、及び前記温度差に基づいて前記熱電対の熱抵抗を導き出す導出工程と、を備える。

本態様によれば、対象物に熱電対を接続した接続状態と対象物から熱電対を離した分離状態との温度差から対象物に熱電対を接続した際の温度低下を知ることができる。

この温度差は、熱電対から放出される熱量と対象物の熱抵抗との積で求められる。また、熱電対から放出される熱量は、接続状態での対象物の温度と周囲温度との差を熱電対の熱抵抗で除算することで求められる。

このため、接続状態で測定された接続箇所の接続時温度と、周囲温度と、対象物の熱抵抗と、温度差とを用いることによって、熱電対の熱抵抗を導き出すことが可能となる。

図１は、一実施形態に係る熱電対の熱抵抗測定方法を示す図であり、基本モデルを示す説明図である。 図２は、熱の移動を示す熱等価回路を示す図である。 図３は、対象物に生ずる熱の移動を表した熱等価回路を示す図である。 図４は、対象物に熱電対を接続した状態を示す熱等価回路を示す図である。 図５は、プリント基板に実装された対象物の接続箇所を示す説明図である。 図６は、熱電対の熱抵抗測定方法の各工程を示す説明図である。

以下、添付図面を参照しながら一実施形態について説明する。

（基本モデル）
図１は、本実施形態に係る熱電対の熱抵抗測定方法を示す図である。この図１には、基本モデル１０が示されており、この基本モデル１０を用いて、熱電対の熱抵抗測定方法の基本的な原理を説明する。

図１には、所定位置１２に設置された対象物１４の接続箇所１６に物体である熱電対１８を接続した接続状態２０と、対象物１４から熱電対１８を離した分離状態２２とにおいて、接続箇所１６に温度差が生ずる様子が示されている。

対象物１４に接続される物体としては、熱電対１８を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。対象物１４に接続する物体としては、熱電対１８などを含む線材又は棒材であってよい。これらの物体を用いても、基本的な原理を説明することは可能である。

対象物１４としては、例えば電子部品が挙げられ、電子部品としては、例えば、部品本体からリード線が延出する部品、又は部品本体に電極が設けられたチップ部品が挙げられる。チップ部品としては、例えば、チップ型のトランジスタ、チップ型のダイオード、チップ型のＩＣ、チップ型のコンデンサ、又はチップ型の抵抗器が挙げられ、本実施形態では、一例としてチップ型の抵抗器であるチップ抵抗を対象物１４として想定して説明する。

チップ抵抗で構成された対象物１４は、通電時に発熱し、周囲温度Ｔ_aよりも高くなる。なお、本実施形態では、対象物１４が発熱して加熱される場合について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、外部から対象物１４に熱を加えて対象物１４を周囲温度Ｔ_aよりも高い温度にしてもよい。

また、チップ抵抗で構成された対象物１４において、熱電対１８が接続される接続箇所１６は、一例としてチップ抵抗の端部に設けられた端子部とする。

対象物１４が設置される設置対象としては、一例として銅箔の配線が形成されたプリント配線基板２４が挙げられる。対象物１４は、プリント配線基板２４の上面に密着的に配置され、対象物１４の端子部がプリント配線基板２４の配線に半田で固定される。

この対象物１４は、通電時の電力供給によって高められた熱量が対象物１４に接する空気中及びプリント配線基板２４の双方から流出するとともに、端子部を介して配線に流出する。接続箇所１６から何らかの方法で流出熱量Ｑを流出させた場合の接続箇所１６の温度をＴ_mとし、熱量を流出させなかった場合の接続箇所１６の温度をＴ_tとした場合に、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outを、Ｒｔｈ_out＝（Ｔ_t－Ｔ_m）／Ｑで定義する。熱電対熱抵抗を測定する場合には、このＲｔｈが既知である対象物を用意しなければならない。

ここで、出力熱抵抗Ｒｔｈ_outは、実測値、シミュレーションにより求めた値、複数の対象物１４に対して得た代表値、又は複数の対象物１４に対して得た平均値とすることができる。

この対象物１４を通電して電力を加え周囲温度Ｔ_aよりも高い温度に加熱するとともに、対象物１４から熱電対１８を離した分離状態２２において、接続箇所１６の温度を測定し、その測定温度を分離時温度Ｔ_tとする。

そして、この対象物１４に加えた電力を維持し発熱量を保った状態において、対象物１４と異なる温度の熱電対１８を接続箇所１６に接続する。具体的に説明すると、熱電対１８の先端部に設けられた温接点１８ａを接続箇所１６に接触させ、熱電対１８を対象物１４に接続する。

ここで、熱電対１８は、接続箇所１６から周囲温度Ｔ_aへの熱移動を促す。

このとき、対象物１４の接続箇所１６からは、流出熱量Ｑの熱が熱電対１８へ流出し、対象物１４の接続箇所１６の温度は低下する。このときの接続箇所１６の温度を測定し、接続時温度Ｔ_mとする。

なお、本実施形態では、対象物１４の温度が熱電対１８の温度よりも高いので、対象物１４の熱が熱電対１８に流出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、対象物１４の温度が熱電対１８の温度よりも低い場合、熱電対１８の熱が対象物１４へ流入する。この場合、熱電対１８から流出する熱の量を流出熱量Ｑとする。

ここで、対象物１４の接続箇所１６から見た出力熱抵抗Ｒｔｈ_outは、対象物１４がプリント配線板上に実装された表面実装抵抗器であり、接続箇所１６が表面実装抵抗器の端子部の場合には、抵抗器に印加した印加電力Ｐと、抵抗器の端子部の温度上昇ΔＴから、Ｒｔｈ_out＝ΔＴ ／Ｐの式を用いて容易に略算することができる。これに対して、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcは、水平に設置された細線の熱伝達率の実験式から理論値は得られるものの、実際に設置した際の実測値を求める方法はなかった。

そこで、本願発明者は、次に示す熱電対の熱抵抗測定方法により、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを、実測する方法を案出した。

（熱等価回路）
図２は、熱の移動を示す熱等価回路３０を示す図であり、この熱等価回路３０は、図１に示した基本モデル１０に対応するように構成されている。

この熱等価回路３０において、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗は、出力熱抵抗Ｒｔｈ_outで示されており、熱電対１８の熱抵抗は、熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcで示されている。対象物１４及び熱電対１８の周囲の温度は、周囲温度Ｔ_aで示されている。

対象物１４に熱電対１８を接続した接続状態２０において、接続箇所１６の温度は、接続時温度Ｔ_mで示されている。対象物１４から熱電対１８を離した分離状態２２における接続箇所１６の温度は、分離時温度Ｔ_tで示されている。対象物１４から熱電対１８を介して流出する熱量は、流出熱量Ｑで示されており、この熱は、対象物１４、熱電対１８の順に移動する。

この熱等価回路３０において、対象物１４の接続箇所１６に熱電対１８を接続した場合、分離状態２２と接続状態２０との互い異なる状態で生ずる対象物１４の温度差ΔＴは、次式１で示される。

ΔＴ＝Ｑ×Ｒｔｈ_out ・・・ （式１）

ここで、熱電対１８から周囲へ流出する流出熱量Ｑは、次式２で示される。

Ｑ＝（Ｔ_m－Ｔ_a）／Ｒｔｈ_tc ・・・ （式２）

このため、上記の式１は、次式３で示される。

ΔＴ＝｛（Ｔ_m－Ｔ_a）×Ｒｔｈ_out｝／Ｒｔｈ_tc ・・・ （式３）

この式３から熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを、次式４で求めることができる。

Ｒｔｈ_tc＝｛（Ｔ_m－Ｔ_a）×Ｒｔｈ_out｝／ΔＴ ・・・ （式４）

対象物１４に生ずる熱の移動を表した熱等価回路３２を図３に示し、熱等価回路３２には、図１に示した基本モデル１０の分離状態２２が詳細に示されている。

この熱等価回路３２において、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outは、二つの熱抵抗Ｒｔｈ＿ｒ／２とプリント配線板のパターンの2つの熱抵抗Ｒｔｈ＿ｂの回路網で示されている。両熱抵抗Ｒｔｈ＿ｒ／２の中間１４ｃには、対象物１４に加えられた電力である印加電力Ｐにより生ずる熱が加えられている。

対象物１４内部の熱抵抗を示す各熱抵抗Ｒｔｈ＿ｒ／２には、対象物１４の熱がプリント配線基板２４を経由して大気に流出する際の熱抵抗Ｒｔｈ＿ｂが接続されている。対象物１４に加えられた印加電力Ｐで生ずる熱の１／２が各端子部３４、３６から流出し、Ｒｔｈ＿ｂを経由して大気温度である周囲温度Ｔ_aに放熱されている。

そして、対象物１４に熱電対１８が接続されていない分離状態２２において、一方の端子部３４の温度は、分離時温度Ｔ_tで示されている。ここで、図３の等価回路より、Ｔ_t＝Ｒｔｈ＿ｂ×Ｐ／２＋Ｔ_aである。

また、図４は、対象物１４に熱電対１８を接続した状態の熱等価回路４０を示す図であり、図１に示した基本モデル１０の接続状態２０が詳細に示されている。この図４は、各部の熱抵抗を説明するものであり、熱の移動は考慮しない。このため、対象物１４に加えられた印加電力Ｐは取り除かれるとともに、周囲温度Ｔ_aは「０」とされている。この熱等価回路４０について、図３と異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、対象物１４の一方の端子部３４には、熱電対１８が接続されており、熱電対１８の熱抵抗は、熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcで示されている。

この熱等価回路４０は、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outが、二つの熱抵抗Ｒｔｈ＿ｒ／２と二つのＲｔｈ＿ｂで示されており、その合成値は、Ｒｔｈ_out=Ｒｔｈ＿ｂ×(Ｒｔｈ＿ｂ+Ｒｔｈ＿ｒ)／( ２Ｒｔｈ＿ｂ+Ｒｔｈ＿ｒ)である。Ｒｔｈ_outと熱電対の接続部が、対象物１４の一方の端子部３４であり、熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcが接続されている。なお、一般的にはＲｔｈ＿ｒ＜＜Ｒｔｈ＿ｂであるため、Ｒｔｈ_out≒Ｒｔｈ＿ｂ／２と略しても良い。

図３で求めたＴ_tならびに図４で求めたＲｔｈ_outを用いて図１の系を簡略化すると図２に示した熱等価回路３０となる。

Ｒｔｈ_outは、ここで例示したような単純な系であればシミュレーションなどを用いて求めておくことができるし、実測できる場合もある。そのようなＲｔｈ_outが既知の物体を用意する。

したがって、前述した図２の熱等価回路３０に基づいて求められた前述の式４より、熱電対１８の熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを求めることができる。

この式４を利用して熱電対１８の熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを求める具体的な方法を、図１及び図２を用いて説明する。

先ず、熱電対１８の先端部の温接点１８ａを対象物１４の接続箇所１６に接続して接続状態２０を形成する。熱電対１８を接続箇所１６に電気的な絶縁を行いつつ接続する方法としては、例えば、熱伝導率が高く絶縁性を有したシリコングリス、又はテープを用いて温接点１８ａを接続箇所１６に固定する接続方法が挙げられる。

また、対象物１４がチップ部品である場合であって、被測定点と熱電対の間に電気的な絶縁が必要でない場合は、例えば、チップ部品の端子部３４、３６を配線３８に固定するための半田を用いて熱電対１８の温接点１８ａを接続して固定する接続方法が挙げられる。本実施形態では、熱電対１８の温接点１８ａを半田で固定する場合を例に挙げて説明する。

この接続状態２０において、対象物１４を加熱して、対象物１４の接続箇所１６の温度を測定し接続時温度Ｔ_mを取得する。

接続箇所１６の測定には、温度センサが用いられる。この温度センサとしては、例えば、接触式のセンサ又は非接触式のセンサが挙げられる。接触式のセンサを用いる場合は、センサからの放熱量を抑制する工夫を要する。

一方、非接触式のセンサは、センサ自体を接続箇所１６に接触することなく、温度測定が可能であり、センサからの放熱対策が不要である。非接触式のセンサの一例としては、赤外線サーモグラフィ（ＩＲＴ）が挙げられる。

次に、対象物１４の接続箇所１６から熱電対１８を離して分離状態２２を形成する。対象物１４から熱電対１８を離す方法としては、熱電対１８の温接点１８ａを固定した半田を溶解して熱電対１８を接続箇所１６から離す方法、又は接続箇所１６に接続された熱電対１８の先端部を切断して切り離す方法が挙げられる。

半田を溶解して熱電対１８を接続箇所１６から離す場合、半田表面の形状変化が想定され、溶解前後において接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗が変化する虞がある。このため、本実施形態では、熱電対１８の先端部を切断して切り離す方法を採用する。

この分離状態２２において、接続箇所１６の温度を測定して分離時温度Ｔ_tを取得する。この測定では、接続状態２０において温度測定の際に使用した赤外線サーモグラフィ（ＩＲＴ）を用いることで、異なるセンサで測定を行った場合に生じ得る測定温度差に起因した熱抵抗の導出誤差を抑制する。

そして、取得した接続時温度Ｔ_mと分離時温度Ｔ_tとから温度差ΔＴを算出し、算出した温度差ΔＴを、前述した式４に当てはめることによって、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを導出する。

＜実施例＞
前述した熱電対１８の熱抵抗測定方法を図５及び図６を用いて具体的に説明する。なお、前述と同一又は同等分については、同符号を付して説明を割愛する。

図５は、プリント配線基板２４に実装された対象物１４の接続箇所１６を示す説明図である。プリント配線基板２４には、発熱する対象物１４が実装されており、対象物１４は、チップ抵抗で構成される。対象物１４は、長方形状に形成されており、対象物１４の端部には、プリント配線基板２４に形成された銅箔の配線３８に半田５０で接続される端子部３４、３６が形成されている。

熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcの測定精度は、対象物１４に熱電対１８を接続した接続状態２０と、対象物１４から熱電対１８を離した分離状態２２と、において対象物１４に生ずる温度差が大きくなるに従って向上する傾向がある。この傾向に基づいて、接続状態２０と分離状態２２とにおいて、対象物１４に生ずる温度差が大きくなるような物体を対象物１４として選択するとともに、プリント配線基板２４を設計する。

（対象物）
接続箇所１６から見た対象物１４の出力熱抵抗Ｒｔｈ_outは大きくなるに従って測定の感度が向上する。発明者の経験上、出力熱抵抗Ｒｔｈ_outは、３００［Ｋ／Ｗ］以上であることが望ましい。

出力熱抵抗Ｒｔｈ_outを、３００［Ｋ／Ｗ］以上にするための具体例を説明する。一例として、対象物１４を１２２０［ｍｍ］サイズのチップ抵抗器（ここで１２２０［ｍｍ］の表記は、縦１．２［ｍｍ］で幅２．０［ｍｍ］の抵抗器サイズを示す。以下同様にしてＬＬＷＷ［ｍｍ］サイズはＬ．Ｌ［ｍｍ］でＷ．Ｗ［ｍｍ］のサイズを表す）として２．０［ｍｍ］の長さの長辺に端子部３４、３６が形成された抵抗器を用いる場合、対象物１４を実装するプリント配線基板２４の配線のパターン幅Ｈは、０．２［ｍｍ］以下とする。

また、他の例として、１６３２［ｍｍ］サイズのチップ抵抗器の長辺に端子部３４、３６が形成された抵抗器を用いる場合、対象物１４を実装するプリント配線基板２４の配線３８のパターン幅Ｈは、０．１［ｍｍ］以下とする。

（プリント配線基板）
プリント配線基板２４の熱伝導率は、一般的な基板のグレードを示すＦＲ４を基準とし、垂直方向で０．３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下、水平方向で０．６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下とする。

（温度測定用のセンサ）
本実施例で、温度を測定する際には、非接触式のセンサである赤外線サーモグラフィ（ＩＲＴ）を用いる。

対象物１４を構成するチップ抵抗の端子部３４、３６は非常に小さい。使用する赤外線サーモグラフィ（ＩＲＴ）は、ピーク出力を正確に検出するため、端子部３４、３６の短辺の長さ方向の範囲内に、６ピクセル以上の検出素子が入る拡大率を有するものが望ましい。

（熱電対の熱抵抗測定方法）
図６は、熱電対の熱抵抗測定方法６０の各工程の一例を示す説明図であり、図６に従って、熱電対の熱抵抗測定方法６０を説明する。

この熱電対の熱抵抗測定方法６０は、温度差取得工程６２と導出工程６４とを備える。

温度差取得工程６２は、図１に示したように、出力熱抵抗が既知の対象物１４を周囲温度Ｔ_aよりも高い温度に加熱する。

ここで、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗としては、一般的に放熱時と吸熱時では同一の値を示すので、対象物１４を加熱しても冷却しても測定は可能である。本実施形態では、対象物１４を加熱して熱電対の熱抵抗を測定する。

この加熱状態において、対象物１４の接続箇所１６に熱電対１８を接続した接続状態２０及び接続箇所１６から熱電対１８を離した分離状態２２で接続箇所１６に生ずる温度差ΔＴを取得する。

導出工程６４は、接続状態２０で測定された接続箇所１６の温度を示す接続時温度Ｔ_m、周囲温度Ｔ_a、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_out、及び温度差ΔＴに基づいて、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを導き出す。

温度差取得工程６２は、実装工程７０と、接続工程７２と、接続箇所塗布工程７４と、接続時加熱工程７６と、接続時測定工程７８とを順に実施する。また、温度差取得工程６２は、接続時測定工程７８の後に、切断工程８０と、切断箇所塗布工程８２と、分離時加熱工程８４と、分離時測定工程８６と、算出工程８８とを順に実施する。

また、導出工程６４は、温度差取得工程６２の算出工程８８の後に、演算工程９０を実施する。

実装工程７０は、図５に示したように、前述したプリント配線基板２４にチップ抵抗である対象物１４を配置するとともに、対象物１４の端子部３４、３６を、プリント配線基板２４の配線３８に形成されたランド１００に半田５０で固定する。

接続工程７２は、図１及び図５に示したように、対象物１４の一方の端子部３４をランド１００に固定する半田５０によって熱電対１８の先端部の温接点１８ａを対象物１４に固定して接続する。本実施形態において、熱電対１８の接続箇所１６は、対象物１４の一方の端子部３４とする。

なお、半田５０による熱電対１８の固定は、対象物１４の端子部３４をランド１００に半田５０で固定する際に同時に行ってもよい。

接続箇所塗布工程７４は、少なくとも熱電対１８が接続された端子部３４の半田５０の表面を黒色の塗料で塗布して放射率を一様にする。黒色の塗料は、一例として黒体塗料が挙げられる。黒体塗料は、放射率が黒体に近い塗料であり、塗布箇所からの放射率を高める。

接続時加熱工程７６は、周囲温度Ｔ_aが、一例として２５［℃］の環境下において、対象物１４の端子部３４、３６の温度が、７０［℃］以上１００［℃］以下となるように、対象物１４に電力を印加して対象物１４を発熱させて加熱する。このときに対象物１４に印加される電力を印加電力Ｐ［Ｗ］とする。

接続時測定工程７８は、接続状態２０で対象物１４に印加電力Ｐを印加した状態において、前述した赤外線サーモグラフィ（ＩＲＴ）で、接続箇所１６の温度を非接触で測定し、接続時温度Ｔ_mを取得する。この温度測定では、端子部３４に接続された熱電対１８は用いない。

切断工程８０は、対象物１４への印加電力Ｐの印加を停止した後、対象物１４に接続された熱電対１８を半田５０の表面に沿って切断し、対象物１４と熱電対１８とを分離する。これにより、熱電対１８が接続箇所１６から切り離された分離状態２２を形成する。

ここで、端子部３４を固定する半田５０を溶融して対象物１４から熱電対１８を分離することも可能である。しかし、本実施形態では、次に示す理由から熱電対１８の先端部を切断して対象物１４から熱電対１８を分離する。

第一に、半田５０を溶融して対象物１４から熱電対１８を分離する場合、接続箇所１６に塗布した黒体塗料が広範囲に剥離する虞がある。第二に、半田５０を一旦溶融することで、半田５０の溶融前後において半田５０の表面状態が変化し、対象物１４からの放熱性に関わる出力熱抵抗Ｒｔｈ_outが変化し得る。これらによって、測定誤差が大きくなる可能性がある。

切断箇所塗布工程８２は、熱電対１８の切断により金属面が露出した切断箇所を黒色の塗料で塗布して放射率を一様にする。黒色の塗料としては、例えば、前述した黒体塗料が用いられる。

分離時加熱工程８４は、対象物１４に、接続時加熱工程７６と同様の印加電力Ｐ［Ｗ］を印加して対象物１４を発熱させて加熱する。

なお、本実施例では、切断工程８０において対象物１４に印加する電力を停止する場合を前提として説明するが、これに限定されるものではない。対象物１４への電力の印加を接続時加熱工程７６から継続して行う場合には、この分離時加熱工程８４を省略することができる。

分離時測定工程８６は、接続時測定工程７８と同様に、分離状態２２において赤外線サーモグラフィ（ＩＲＴ）を用いて熱電対１８が切断された部位である接続箇所１６の温度を非接触で測定し、分離時温度Ｔ_tを取得する。

このとき、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outは、次式５で略算される。略算できる条件は、前述したように「一般的にはＲｔｈ＿ｒ＜＜Ｒｔｈ＿ｂであるため、Ｒｔｈ_out≒Ｒｔｈ＿ｂ／２と略しても良い。」が成立するときである。

Ｒｔｈ_out＝（Ｔ_t－Ｔ_a）／Ｐ ・・・ （式５）

算出工程８８は、次式６を用いることで、対象物１４に熱電対１８が接続された接続状態２０での接続箇所１６の接続時温度Ｔ_mと対象物１４から熱電対１８を切断して分離した分離状態２２での分離時温度Ｔ_tとの差を温度差ΔＴとして算出する。

ΔＴ＝Ｔ_m－Ｔ_t ・・・ （式６）

そして、式６で求めた温度差ΔＴを、前述した式４に当てはめることによって、熱電対１８の熱抵抗である熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを演算することができる。

演算工程９０は、各工程で取得した接続時温度Ｔ_m、周囲温度Ｔ_a、対象物の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_out、及び温度差ΔＴを、式４を用いて演算することで、熱電対１８の熱抵抗である熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを導出する。

なお、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcは、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outと比較して、小さいほど測定精度が高まることが分かっている。このため、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを、３０００［℃／Ｗ］以下とすることで、測定精度をより高めることが可能となる。

（作用及び効果）
次に、本実施形態による作用効果について説明する。

本実施形態の熱電対の熱抵抗測定方法は、温度差取得工程６２と導出工程６４とを備えている。温度差取得工程６２は、熱抵抗Ｒｔｈ_outが既知である対象物１４を周囲温度Ｔ_aよりも高い温度に加熱する。温度差取得工程６２は、この加熱状態において、対象物１４の接続箇所１６に熱電対１８を接続した接続状態２０及び接続箇所１６から熱電対１８を離した分離状態２２で接続箇所１６に生ずる温度差ΔＴを取得する。導出工程６４は、接続状態２０で測定された接続箇所１６の温度を示す接続時温度Ｔ_m、周囲温度Ｔ_a、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_out、及び温度差ΔＴに基づいて熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを導き出す。

この構成によれば、対象物１４に熱電対１８を接続した接続状態２０と対象物１４から熱電対１８を離した分離状態２２との温度差ΔＴから対象物１４に熱電対１８を接続した際の接続箇所１６の温度低下を知ることができる。

この温度差ΔＴは、前述した式１に示したように、熱電対１８から流出する流出熱量Ｑと接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outとの積で求められる。また、熱電対１８から流出する流出熱量Ｑは、前述した式２に示したように、接続状態２０での対象物１４の接続時温度Ｔ_mと周囲温度Ｔ_aとの差を熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcで除算することで求められる。

このため、接続状態２０で測定された接続箇所１６の接続時温度Ｔ_mと、周囲温度Ｔ_aと、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_outと、温度差ΔＴとを用いることによって、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを導き出すことが可能となる。

これにより、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを把握することができるので、この熱電対１８を用いてチップ抵抗などの小型電子部品の温度を測定する場合において、熱電対１８からの放熱が測定結果に与える影響を予測することができる。したがって、熱電対１８を用いた温度測定で生じ得る測定誤差を抑制することが可能となる。

また、本実施形態において、温度差取得工程６２は、接続状態２０で接続箇所１６の温度を接続時温度Ｔ_mとして測定する接続時測定工程７８と、分離状態２２で接続箇所１６の温度を分離時温度Ｔ_tとして測定する分離時測定工程８６とを備える。また、温度差取得工程６２は、接続時温度Ｔ_m及び分離時温度Ｔ_tの差を温度差ΔＴとして求める算出工程８８を備える。

この構成によれば、接続時測定工程７８で接続時温度Ｔ_mを取得し、分離時測定工程８６で分離時温度Ｔ_tを取得するとともに、算出工程８８で接続時温度Ｔ_m及び分離時温度Ｔ_tの差を算出することで、温度差ΔＴとして求めることができる。

なお、本実施形態では、接続時測定工程７８で測定した接続時温度Ｔ_mと分離時測定工程８６で測定した分離時温度Ｔ_tとの差を算出工程８８で求め場合について説明したが、これに限定されるものではない。接続状態２０と分離状態２２とで接続箇所１６に生ずる温度差ΔＴを取得できればよい。

さらに、本実施形態では、接続時測定工程７８及び分離時測定工程８６は、非接触式のセンサを用いて接続箇所１６の温度を測定する。

この構成によれば、非接触式のセンサで温度を測定するため、プリント配線基板２４に実装された対象物１４の位置、実装された対象物１４の向き、及び対象物１４への熱電対１８の取付け位置又は角度に関わらず、温度の測定が可能となる。そして、接続箇所１６に自然対流が生じたり、風などが吹き付けられたりしても、測定結果への影響を抑制した測定が可能となる。

また、接続時測定工程７８において対象物１４に接続された熱電対１８で温度を測定し、分離時測定工程８６において非接触式のセンサで温度を測定する測定方法も考えられる。この測定方法では、同一箇所を測定した場合であっても、熱電対１８による測定結果と非接触式のセンサによる測定結果との間で測定値に差が生じ得る。

しかし、本実施形態では、接続時測定工程７８及び分離時測定工程８６において、非接触式のセンサを用いて接続箇所１６の温度を測定する。このため、接続時測定工程７８と分離時測定工程８６とで異なるセンサを用いて温度を測定する場合と比較して、センサ間に生ずる測定結果の違いによる測定誤差を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、接続時測定工程７８での測定前に接続箇所１６に黒色の塗料を塗布する接続箇所塗布工程７４を備える。

この構成によれば、接続箇所１６からの反射又は放射率変化による測定結果への影響を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態では、温度差取得工程６２は、接続時測定工程７８の後に分離時測定工程８６を実施する。

この構成によれば、分離状態２２での温度測定後に、対象物１４に熱電対１８を接続して温度測定を行う場合と比較して、接続状態２０に起因した測定誤差の抑制が可能となる。

また、本実施形態では、分離時測定工程８６での測定前に対象物１４に接続された熱電対１８を切断し、熱電対１８が接続箇所１６から切り離された分離状態２２を形成する切断工程８０を備える。

例えば、熱電対１８が半田５０などの接合剤で接合されている場合、接合剤を溶かして熱電対１８を分離することが考えられる。この場合、接続箇所１６の表面状態が変化することで、対象物１４の放熱性に関わる熱抵抗が変化し、測定誤差の増大要因となり得る。

しかし、本実施形態では、対象物１４に接続された熱電対１８を切断して分離状態２２を形成する。このため、前述した測定誤差の増大を抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態では、分離時測定工程８６での測定前に熱電対１８が切断された切断箇所に黒色の塗料を塗布する切断箇所塗布工程８２を備える。

この構成によれば、熱電対１８の切断により露出した切断面を塗料で覆うことができる。これにより、接続箇所からの反射又は放射率による測定結果への影響を抑制することが可能となる。

そして、本実施形態では、接続時温度をＴ_m、周囲温度をＴ_a、対象物の熱抵抗をＲｔｈ_out、温度差をΔＴとした場合、熱電対１８の熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを、次式で求める。

Ｒｔｈ_tc＝｛（Ｔ_m－Ｔ_a）×Ｒｔｈ_out｝／ΔＴ

この構成によれば、上式を用いることによって、熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを求めることができる。また、数式による演算が可能となるので、ＣＰＵなどのプロセッサを備える熱電対の熱抵抗測定装置によって熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcの計算が可能となる。

（熱電対の熱抵抗測定装置）
すなわち、熱電対の熱抵抗測定装置は、温度差取得工程６２を実施する温度差取得手段である温度差取得部と、導出工程６４を実施する導出手段である導出部とを備える。

温度差取得部は、対象物１４を周囲温度Ｔ_aよりも高い温度に加熱し、接続状態２０及び分離状態２２で接続箇所１６に生ずる温度差ΔＴを取得する。導出部は、接続状態２０で測定された接続箇所１６の温度を示す接続時温度Ｔ_m、周囲温度Ｔ_a、接続箇所１６から見た対象物１４の熱抵抗を示す出力熱抵抗Ｒｔｈ_out、及び温度差ΔＴに基づいて熱電対１８の熱抵抗を示す熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを導き出す。熱電対熱抵抗Ｒｔｈｔｃを導き出す方法としては、前述した式４を用いた演算が挙げられる。

この熱電対の熱抵抗測定装置においても、前述した作用及び効果を得ることができる。

なお、各実施形態では、式４を用いて熱電対１８の熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを求める場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、接続時温度Ｔ_m、周囲温度Ｔ_a、出力熱抵抗Ｒｔｈ_out、及び温度差ΔＴの関係と熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcとが関連付けられたデータテーブルを用いて、熱電対熱抵抗Ｒｔｈ_tcを求めてもよい。

１４ 対象物
１６ 接続箇所
１８ 熱電対
２０ 接続状態
２２ 分離状態
２４ プリント配線基板
３０ 熱等価回路
６０ 熱抵抗測定方法
６２ 温度差取得工程
６４ 導出工程
７０ 実装工程
７２ 接続工程
７４ 接続箇所塗布工程
７６ 接続時加熱工程
７８ 接続時測定工程
８０ 切断工程
８２ 切断箇所塗布工程
８４ 分離時加熱工程
８６ 分離時測定工程
８８ 算出工程
９０ 演算工程
Ｔ_a 周囲温度
Ｔ_m 接続時温度をＴ_m
ΔＴ 温度差
Ｒｔｈ_out 出力熱抵抗
Ｒｔｈ_tc 熱電対熱抵抗

Claims (9)

1. 出力熱抵抗が既知である対象物を周囲温度よりも高い温度に加熱した状態において、前記対象物の接続箇所に熱電対を接続した接続状態及び前記接続箇所から前記熱電対を離した分離状態で前記接続箇所に生ずる温度差を取得する温度差取得工程と、
   前記接続状態で測定された前記接続箇所の温度を示す接続時温度、前記周囲温度、前記対象物の熱抵抗、及び前記温度差に基づいて前記熱電対の熱抵抗を導き出す導出工程と、
   を備える熱電対の熱抵抗測定方法。
2. 請求項１に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記温度差取得工程は、
   前記接続状態で前記接続箇所の温度を前記接続時温度として測定する接続時測定工程と、
   前記分離状態で前記接続箇所の温度を分離時温度として測定する分離時測定工程と、
   前記接続時温度及び前記分離時温度の差を前記温度差として求める算出工程と、
   を備える熱電対の熱抵抗測定方法。
3. 請求項２に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記接続時測定工程及び前記分離時測定工程は、非接触式のセンサを用いて前記接続箇所の温度を測定する、
   熱電対の熱抵抗測定方法。
4. 請求項３に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記接続時測定工程での測定前に前記接続箇所に黒色の塗料を塗布する接続箇所塗布工程を備える熱電対の熱抵抗測定方法。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記温度差取得工程は、前記接続時測定工程の後に前記分離時測定工程を実施する、
   熱電対の熱抵抗測定方法。
6. 請求項５に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記分離時測定工程での測定前に前記対象物に接続された前記熱電対を切断し、前記熱電対が前記接続箇所から切り離された前記分離状態を形成する切断工程を備える熱電対の熱抵抗測定方法。
7. 請求項６に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記分離時測定工程での測定前に前記熱電対が切断された切断箇所に黒色の塗料を塗布する切断箇所塗布工程を備える熱電対の熱抵抗測定方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱電対の熱抵抗測定方法であって、
   前記接続時温度をＴ_m、前記周囲温度をＴ_a、前記対象物の熱抵抗をＲｔｈ_out、前記温度差をΔＴとした場合、前記熱電対の熱抵抗Ｒｔｈ_tcを、次式で求める熱電対の熱抵抗測定方法。
   Ｒｔｈ_tc＝｛（Ｔ_m－Ｔ_a）×Ｒｔｈ_out｝／ΔＴ
9. 出力熱抵抗が既知である対象物を周囲温度よりも高い温度に加熱した状態において、前記対象物の接続箇所に熱電対を接続した接続状態及び前記接続箇所から前記熱電対を離した分離状態で前記接続箇所に生ずる温度差を取得する温度差取得手段と、
   前記接続状態で測定された前記接続箇所の温度を示す接続時温度、前記周囲温度、前記対象物の熱抵抗、及び前記温度差に基づいて前記熱電対の熱抵抗を導き出す導出手段と、
   を備える熱電対の熱抵抗測定装置。

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