JP3539624B2 - 熱伝導率測定方法および測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にガラス材料について、高温で溶融した液体状態から固体状態までの温度範囲のガラスの熱伝導率測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱伝導率測定方法に、平板定常法、非定常レーザーフラッシュ法および非定常細線加熱法がある。特に流体の熱伝導率測定に関して、流体の熱対流の影響を除去することが重要であり、非定常細線加熱法がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高温で、固体から液体に変化するガラスのような材料の熱伝導率を正確に測定するためには、平板定常法では、固体から液体までを連続して測定できるセルの作製が困難であり、また非定常レーザーフラッシュ法では、常温の固体での測定精度は良いものの、高温の液体状態での信頼できる熱伝導率の測定が困難であるさらに、非定常細線加熱法においては、溶融したガラスのような高温の液体における熱伝導率を測定する場合、信頼性の高い結果を得ることがきわめて困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内径ｄｓの容器に入った高温で溶融した液体状態から固体状態までのガラスの熱伝導率測定を細線加熱法により行う場合において、発熱体と温度計を併せ持った１．５ｍｍ≦ｄｐ≦５ｍｍかつ５０≦ｄｓ／ｄｐ≦２００の範囲にある外径ｄｐの円筒形の測定用プローブを用いること、及び容器上部は白金からなる蓋で覆われているガラスの熱伝導率測定方法である。
【０００５】
さらに、外径ｄｐが１．５ｍｍ≦ｄｐ≦５ｍｍの範囲にある発熱体と温度計を併せ持った円筒形の測定用プローブ、５０ｄｐ≦ｄｓ≦２００ｄｐの範囲にある内径ｄｓを有する試料容器、該試料容器用の蓋とからなる上記のガラスの熱伝導率測定方法に用いる熱伝導率測定装置である。
【０００６】
さらにまた、円筒形の測定用プローブは、保護管の内部が酸化マグネシウム粉末で充填されていること、及び保護管が白金ロジウム合金からなること、さらに容器上部の蓋が白金からなる上記のガラスの熱伝導率測定装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による熱伝導率測定装置の、測定用プローブ５と測定試料１４を入れる試料容器３の概略を示したものである。測定試料１４の外径ｄsは、測定用プローブ管９の外径ｄpの５０〜２００倍にする。測定用プローブ管９の外径ｄpは１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【０００９】
測定試料１４が液体の場合、測定試料１４の外径ｄsは測定試料を入れる容器３の内径と同じである。測定試料１４が固体であっても、熱伝導率を測定する温度において軟化し、形状を保たないような場合は、試料容器３を用いる。軟化しない場合は、輻射による測定誤差が無いようにするため、測定試料の全面に、耐熱性のある金属酸化物膜、あるいは金または白金などの酸化をしない金属膜を塗布することが望ましい。
【００１０】
測定試料１４が固体の場合、測定試料１４に測定用プローブ管９の外径とほぼ同じ大きさの孔をあけ、その孔に測定用プローブ管９を挿入する。さらに、測定試料にあけた孔と挿入した測定用プローブ管９の間を、測定試料の粉末で充填して、接触熱抵抗を小さくする。
【００１１】
測定試料１４が高温で液体になる場合は、測定試料１４は測定容器３に入れておき、高温にして、液体となった測定試料１４に測定用プローブ管９を挿入し、温度を下げて、低温の固体の状態にして測定を行うことが好ましい。
【００１２】
試料容器３を用いる場合、測定精度に及ぼす輻射の影響を検討しやすくするため、試料容器３あるいは測定試料１４を蓋１５で覆う。蓋１５は、図１に示すように、試料容器３の内側に適当なストッパー１６を設け、測定試料１４に接するように置くことが望ましいが、単に試料容器３の上に載せるだけでも良い。
【００１３】
資料容器３および蓋１５は、測定試料と反応しないもので、測定温度に対する耐久性があればどのような材料でも良い。高温の溶融ガラスの場合は、白金を用いることが望ましい。
【００１４】
図１に示す測定用プローブ５と試料容器３は、図４に示すように、電気炉４の中に置く。測定試料１４の温度は、電気炉４により熱伝導率を測定する所定の温度に保持する。測定試料１４の温度は、測定用プローブによって測定する。
【００１５】
測定試料１４の温度が熱伝導率を測定する所定の温度で安定したら、電源１により、加熱線１２に加熱用配線２を介して電流を流し、加熱線１２の単位長さ当たり、および単位時間当たり、一定の発熱量となるように加熱線１２を加熱する。加熱開始と同時に、測定用プローブ管９に設置された温度計１０、１０’により加熱線表面の加熱線温度θを測定する。保護管１１内に設置されている温度計１０、１０’と加熱線１２は、その間隙を充填材１３で充填する。
【００１６】
温度計１０、１０’は抵抗線温度計、サーミスタ温度計あるいは熱電対温度計などを、ＪＩＳ Ｚ ８７０４ に記載されているＣｒを主成分とする耐熱鋼、あるいはＭｏを主成分とする耐食鋼で作製した金属保護管、あるいは白金あるいは白金ロジウム合金で作製した保護管内に設置したものを用いることが望ましい。
【００１７】
熱電対温度計は、計測温度範囲が広く、さらにスペースをとらない形状であり、使用するのに適した温度計である。
加熱線１２には金属抵抗線や熱電対用素線を用い、温度計と同様に、ＪＩＳ Ｚ８７０４ に記載されているＣｒを主成分とする耐熱鋼、あるいはＭｏを主成分とする耐食鋼で作製した金属保護管、あるいは白金あるいは白金ロジウム合金で作製した保護管内に設置することが望ましい。
【００１８】
充填剤１３は熱伝導性に優れ、高温での耐熱性が良い材料であり、酸化マグネシウム粉末が好ましい。
【００１９】
保護管１１は耐熱性があり、測定試料と反応しない材料で、測定精度に影響しない程度の熱伝導性の良い材料を用いる。ガラスの熱伝導率を、１００℃の固体の状態から１０００℃の液体の状態までの温度範囲で測定する場合は、白金ロジウム合金が好ましい材料の一つである。
【００２０】
加熱線１２による加熱初期においては、対流による熱伝導が生じていない状態で、熱は加熱線１２の周囲に放射状に水平方向に２次元的に伝導する。この状態では、加熱線１２に電流を流して発生した一定熱量ｑを用いて、測定試料１４の熱伝導率λは次の（１）式で算出される。
【００２１】
λ＝（ｑ／４π）／（Δθ／ｌｎ（ｔ2／ｔ1）） （１）
ここに、Δθ＝θ2ーθ1である。またθ1は測定開始後、時刻ｔ1での加熱線温度であり、θ2は測定開始時刻ｔ2における加熱線温度で、ｔ1，ｔ2は加熱線１２の温度上昇ー対数時間線図の勾配が一定となっている、直線部分の領域内での時刻である。
【００２２】
細線加熱法において、Δθとｌｎ（ｔ2／ｔ1）の関係はおよそ図５に示すようであり、温度上昇ー対数時間線図の勾配がいってとなっているＡの部分から、測定試料の熱伝導率λを（１）式によって求める。測定時間がある程度経過すると、対流が生じるため、該線図のＢの部分のように、勾配は時間的に変化してなだらかになり、さらには波状になるので、（１）式は適用できない。
【００２３】
加熱線温度θはデータ収録装置７に温度測定用配線６を介して収録され、データ処理装置８を用いて、時計を用いて測定した時刻ｔと共に（１）式による演算処理等を行う。データ収録装置７は温度計１０に対応した温度測定器であり、測定は電気的に電圧あるいは電流で行う。さらに、温度の測定値はＡ／Ｄ変換されて、データ処理装置８に取り込まれる。データ処理装置８にパーソナルコンピュータを用いる場合は、パーソナルコンピュータに内蔵されている時計で自動的に時刻ｔ1、ｔ0を読み込む方が精度的に好ましい。
【００２４】
【実施例】
測定用プローブ管の外径ｄpと測定試料の外径ｄsを、本発明に適合させた実施例１から実施例４の測定と、本発明に適合していない比較例１から比較例３の測定を行った。その結果を表１にまとめて示す。なおこれらの測定は全て試料容器３を用い、蓋１５をして行った。蓋をしない場合については、測定試料の温度が安定せず測定が困難であった。
【００２５】
測定試料にはフロートガラスを用いた。温度計にはクロメルーアルメル熱電対を用いた。加熱線にはクロメルーアルメル熱電対用素線を用いた。
【００２６】
【表１】
【００２７】
図５は、実施例１において測定した、温度上昇ー対数時間線図である。線図１は測定試料の温度が７００℃の場合であり、線図２は測定試料の温度が１０００℃の場合である。また、熱伝導率の測定結果は図６の通りある。他の実施例でも同様の結果が得られ、精度の良い測定ができることを確認した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の熱伝導率測定方法および装置により、高温における材料の熱伝導率が測定でき、製造条件を検討するために必要なデータを得ることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定用プローブと試料容器の配置を示す概略側面図。
【図２】測定用プローブの断面を示す図。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面を示す図。
【図４】熱伝導率測定装置の全体を示す概略側面図。
【図５】時間経過に対する加熱線温度変化を示すグラフ。
【図６】実施例１で測定した、試料温度に対する熱伝導率を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 電源
２ 加熱用配線
３ 試料容器
４ 電気炉
５ 測定用プローブ
６ 温度測定用配線
７ データ収録装置
８ データ処理装置
９ 測定用プローブ管
１０ 温度計
１１ 保護管
１２ 加熱線
１３ 充填剤
１４ 測定試料
１５ 蓋
１６ ストッパー
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にガラス材料について、高温で溶融した液体状態から固体状態までの温度範囲のガラスの熱伝導率測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱伝導率測定方法に、平板定常法、非定常レーザーフラッシュ法および非定常細線加熱法がある。特に流体の熱伝導率測定に関して、流体の熱対流の影響を除去することが重要であり、非定常細線加熱法がよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高温で、固体から液体に変化するガラスのような材料の熱伝導率を正確に測定するためには、平板定常法では、固体から液体までを連続して測定できるセルの作製が困難であり、また非定常レーザーフラッシュ法では、常温の固体での測定精度は良いものの、高温の液体状態での信頼できる熱伝導率の測定が困難であるさらに、非定常細線加熱法においては、溶融したガラスのような高温の液体における熱伝導率を測定する場合、信頼性の高い結果を得ることがきわめて困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内径ｄｓの容器に入った高温で溶融した液体状態から固体状態までのガラスの熱伝導率測定を細線加熱法により行う場合において、発熱体と温度計を併せ持った１．５ｍｍ≦ｄｐ≦５ｍｍかつ５０≦ｄｓ／ｄｐ≦２００の範囲にある外径ｄｐの円筒形の測定用プローブを用いること、及び容器上部は白金からなる蓋で覆われているガラスの熱伝導率測定方法である。
【０００５】
さらに、外径ｄｐが１．５ｍｍ≦ｄｐ≦５ｍｍの範囲にある発熱体と温度計を併せ持った円筒形の測定用プローブ、５０ｄｐ≦ｄｓ≦２００ｄｐの範囲にある内径ｄｓを有する試料容器、該試料容器用の蓋とからなる上記のガラスの熱伝導率測定方法に用いる熱伝導率測定装置である。
【０００６】
さらにまた、円筒形の測定用プローブは、保護管の内部が酸化マグネシウム粉末で充填されていること、及び保護管が白金ロジウム合金からなること、さらに容器上部の蓋が白金からなる上記のガラスの熱伝導率測定装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による熱伝導率測定装置の、測定用プローブ５と測定試料１４を入れる試料容器３の概略を示したものである。測定試料１４の外径ｄsは、測定用プローブ管９の外径ｄpの５０〜２００倍にする。測定用プローブ管９の外径ｄpは１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【０００９】
測定試料１４が液体の場合、測定試料１４の外径ｄsは測定試料を入れる容器３の内径と同じである。測定試料１４が固体であっても、熱伝導率を測定する温度において軟化し、形状を保たないような場合は、試料容器３を用いる。軟化しない場合は、輻射による測定誤差が無いようにするため、測定試料の全面に、耐熱性のある金属酸化物膜、あるいは金または白金などの酸化をしない金属膜を塗布することが望ましい。
【００１０】
測定試料１４が固体の場合、測定試料１４に測定用プローブ管９の外径とほぼ同じ大きさの孔をあけ、その孔に測定用プローブ管９を挿入する。さらに、測定試料にあけた孔と挿入した測定用プローブ管９の間を、測定試料の粉末で充填して、接触熱抵抗を小さくする。
【００１１】
測定試料１４が高温で液体になる場合は、測定試料１４は測定容器３に入れておき、高温にして、液体となった測定試料１４に測定用プローブ管９を挿入し、温度を下げて、低温の固体の状態にして測定を行うことが好ましい。
【００１２】
試料容器３を用いる場合、測定精度に及ぼす輻射の影響を検討しやすくするため、試料容器３あるいは測定試料１４を蓋１５で覆う。蓋１５は、図１に示すように、試料容器３の内側に適当なストッパー１６を設け、測定試料１４に接するように置くことが望ましいが、単に試料容器３の上に載せるだけでも良い。
【００１３】
資料容器３および蓋１５は、測定試料と反応しないもので、測定温度に対する耐久性があればどのような材料でも良い。高温の溶融ガラスの場合は、白金を用いることが望ましい。
【００１４】
図１に示す測定用プローブ５と試料容器３は、図４に示すように、電気炉４の中に置く。測定試料１４の温度は、電気炉４により熱伝導率を測定する所定の温度に保持する。測定試料１４の温度は、測定用プローブによって測定する。
【００１５】
測定試料１４の温度が熱伝導率を測定する所定の温度で安定したら、電源１により、加熱線１２に加熱用配線２を介して電流を流し、加熱線１２の単位長さ当たり、および単位時間当たり、一定の発熱量となるように加熱線１２を加熱する。加熱開始と同時に、測定用プローブ管９に設置された温度計１０、１０’により加熱線表面の加熱線温度θを測定する。保護管１１内に設置されている温度計１０、１０’と加熱線１２は、その間隙を充填材１３で充填する。
【００１６】
温度計１０、１０’は抵抗線温度計、サーミスタ温度計あるいは熱電対温度計などを、ＪＩＳ Ｚ ８７０４ に記載されているＣｒを主成分とする耐熱鋼、あるいはＭｏを主成分とする耐食鋼で作製した金属保護管、あるいは白金あるいは白金ロジウム合金で作製した保護管内に設置したものを用いることが望ましい。
【００１７】
熱電対温度計は、計測温度範囲が広く、さらにスペースをとらない形状であり、使用するのに適した温度計である。
加熱線１２には金属抵抗線や熱電対用素線を用い、温度計と同様に、ＪＩＳ Ｚ８７０４ に記載されているＣｒを主成分とする耐熱鋼、あるいはＭｏを主成分とする耐食鋼で作製した金属保護管、あるいは白金あるいは白金ロジウム合金で作製した保護管内に設置することが望ましい。
【００１８】
充填剤１３は熱伝導性に優れ、高温での耐熱性が良い材料であり、酸化マグネシウム粉末が好ましい。
【００１９】
保護管１１は耐熱性があり、測定試料と反応しない材料で、測定精度に影響しない程度の熱伝導性の良い材料を用いる。ガラスの熱伝導率を、１００℃の固体の状態から１０００℃の液体の状態までの温度範囲で測定する場合は、白金ロジウム合金が好ましい材料の一つである。
【００２０】
加熱線１２による加熱初期においては、対流による熱伝導が生じていない状態で、熱は加熱線１２の周囲に放射状に水平方向に２次元的に伝導する。この状態では、加熱線１２に電流を流して発生した一定熱量ｑを用いて、測定試料１４の熱伝導率λは次の（１）式で算出される。
【００２１】
λ＝（ｑ／４π）／（Δθ／ｌｎ（ｔ2／ｔ1）） （１）
ここに、Δθ＝θ2ーθ1である。またθ1は測定開始後、時刻ｔ1での加熱線温度であり、θ2は測定開始時刻ｔ2における加熱線温度で、ｔ1，ｔ2は加熱線１２の温度上昇ー対数時間線図の勾配が一定となっている、直線部分の領域内での時刻である。
【００２２】
細線加熱法において、Δθとｌｎ（ｔ2／ｔ1）の関係はおよそ図５に示すようであり、温度上昇ー対数時間線図の勾配がいってとなっているＡの部分から、測定試料の熱伝導率λを（１）式によって求める。測定時間がある程度経過すると、対流が生じるため、該線図のＢの部分のように、勾配は時間的に変化してなだらかになり、さらには波状になるので、（１）式は適用できない。
【００２３】
加熱線温度θはデータ収録装置７に温度測定用配線６を介して収録され、データ処理装置８を用いて、時計を用いて測定した時刻ｔと共に（１）式による演算処理等を行う。データ収録装置７は温度計１０に対応した温度測定器であり、測定は電気的に電圧あるいは電流で行う。さらに、温度の測定値はＡ／Ｄ変換されて、データ処理装置８に取り込まれる。データ処理装置８にパーソナルコンピュータを用いる場合は、パーソナルコンピュータに内蔵されている時計で自動的に時刻ｔ1、ｔ0を読み込む方が精度的に好ましい。
【００２４】
【実施例】
測定用プローブ管の外径ｄpと測定試料の外径ｄsを、本発明に適合させた実施例１から実施例４の測定と、本発明に適合していない比較例１から比較例３の測定を行った。その結果を表１にまとめて示す。なおこれらの測定は全て試料容器３を用い、蓋１５をして行った。蓋をしない場合については、測定試料の温度が安定せず測定が困難であった。
【００２５】
測定試料にはフロートガラスを用いた。温度計にはクロメルーアルメル熱電対を用いた。加熱線にはクロメルーアルメル熱電対用素線を用いた。
【００２６】
【表１】
図５は、実施例１において測定した、温度上昇ー対数時間線図である。線図１は測定試料の温度が７００℃の場合であり、線図２は測定試料の温度が１０００℃の場合である。また、熱伝導率の測定結果は図６の通りある。他の実施例でも同様の結果が得られ、精度の良い測定ができることを確認した。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の熱伝導率測定方法および装置により、高温における材料の熱伝導率が測定でき、製造条件を検討するために必要なデータを得ることを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定用プローブと試料容器の配置を示す概略側面図。
【図２】測定用プローブの断面を示す図。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面を示す図。
【図４】熱伝導率測定装置の全体を示す概略側面図。
【図５】時間経過に対する加熱線温度変化を示すグラフ。
【図６】実施例１で測定した、試料温度に対する熱伝導率を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 電源
２ 加熱用配線
３ 試料容器
４ 電気炉
５ 測定用プローブ
６ 温度測定用配線
７ データ収録装置
８ データ処理装置
９ 測定用プローブ管
１０ 温度計
１１ 保護管
１２ 加熱線
１３ 充填剤
１４ 測定試料
１５ 蓋
１６ ストッパー
Claims (3)
- 内径ｄｓの容器に入った高温で溶融した液体状態から固体状態までのガラスの熱伝導率測定を細線加熱法により行う場合において、発熱体と温度計を併せ持った１．５ｍｍ≦ｄｐ≦５ｍｍかつ５０≦ｄｓ／ｄｐ≦２００の範囲にある外径ｄｐの円筒形の測定用プローブを用いること、及び容器上部は白金からなる蓋で覆われていることを特徴とするガラスの熱伝導率測定方法。
- 外径ｄｐが１．５ｍｍ≦ｄｐ≦５ｍｍの範囲にある発熱体と温度計を併せ持った円筒形の測定用プローブ、５０ｄｐ≦ｄｓ≦２００ｄｐの範囲にある内径ｄｓを有する試料容器、該試料容器用の蓋とからなることを特徴とする請求項１に記載のガラスの熱伝導率測定方法に用いる熱伝導率測定装置。
- 円筒形の測定用プローブは、保護管の内部が酸化マグネシウム粉末で充填されていること、及び保護管が白金ロジウム合金からなること、さらに容器上部の蓋が白金からなることを特徴とする請求項２に記載のガラスの熱伝導率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11867799A JP3539624B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 熱伝導率測定方法および測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11867799A JP3539624B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 熱伝導率測定方法および測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000310605A JP2000310605A (ja) | 2000-11-07 |
| JP3539624B2 true JP3539624B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=14742484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11867799A Expired - Fee Related JP3539624B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 熱伝導率測定方法および測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3539624B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106441631A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 刘庆连 | 黄河泥沙含量水样水温采集装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106853354A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-16 | 湖州市吴兴实验中学 | 晶体熔化实验装置 |
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1999
- 1999-04-26 JP JP11867799A patent/JP3539624B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106441631A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-02-22 | 刘庆连 | 黄河泥沙含量水样水温采集装置 |
| CN106441631B (zh) * | 2016-11-15 | 2018-10-02 | 刘庆连 | 黄河泥沙含量水样水温采集装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000310605A (ja) | 2000-11-07 |
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Legal Events
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