JP5985653B2 - 材料の熱物性値を推定するプロセス、該推定プロセスを含む測定プロセス、及び自己調整流量計 - Google Patents

Description

本発明は、熱移動の測定の分野に関する。特に、材料表面を通る熱流量の測定のための自己調整流量計に関する。

熱流量（thermal flow又はheat flow）Φは、熱移動の間の断面を通るワットの力により定義される。熱が伝わる際、熱流量は材料の熱物性値、特に熱伝導率k（λとも呼ばれ、W.m⁻¹.K⁻¹で表される）に依存し、この熱伝導率kは、式α＝λ/ρC_Pによって、熱拡散率a（αとも呼ばれ、m².s⁻¹で表される）と、容積測定熱容量ρC_P（J.m⁻³.K⁻¹で表される）と関連づけられる。

このような熱流量を測定するデバイスとして、流量計が知られ、材料の分野の試験的な研究、特に、典型的には炎等の強い熱源にさらされた壁にかかる熱ストレスを決定するように、一般的に採用されており、部屋の断熱の性能の評価から、火災の検出に至るまで、他にも多くのアプリケーションがある。
２種類の流量計が主に知られ、販売されている。
・積極的な冷却又は損失によって、壁に入ってくる熱流量を直接測定するための慣性流量計：
・壁へ移動する熱流量を直接測定するための流量歪み流量計。

慣性流量計は、経時的な材料の発熱量だけではなく、材料の表面の状態や材料の熱物性値も知る必要がある。この慣性流量計は、高度に精巧な校正ベンチの利用及び長期間の動作が必要であり、とにかく、おおよその流量測定が可能になる。
特許文献１において、壁の内部に配置された慣性流量計の例が記載されている。

歪み流量計は、壁に付着するフラットセンサを含む。このセンサは、（熱抵抗の追加になるため熱の流れを妨げるので）邪魔になり、センサが急速に変化して又は破壊されて交換しなければならない）壊れやすいという欠点を有している。また、異なる検索プログラム中にこれらの流量計によって得られた測定値の分析は、その妥当性が疑問視されている。これらは、校正カーブに由来すると思われるので、頻繁な再校正を受けなければならない。
結果的に、特に信頼性が高く、校正および再校正の複雑な位相を省く、流量計を備えることが好まれる。

特許文献２において、流量計により再利用することができる、いくつかの熱物性パラメータの原位置の測定を可能にする熱伝導方程式を解くための方法が提案されている。

特開Ｈ０７−１４６１８９号公報 特開２００２／１３１２５８号公報

しかし、上述の方法は、経時的な発熱パラメータに追従しておらず、初期校正が依然必要であることが明らかである。したがって、現在の流量計は、依然として改善が必要である。

本発明の目的は、試験材料の熱物性値を推定することによって、自己校正が可能な熱流量計を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の第一の態様は下記材料の熱物性値を推測するプロセスに関する。

材料の熱物性値を推測するプロセスであって、少なくとも１つの温度センサ及び１つの点熱源が該材料に組み込まれており、該少なくとも１つの温度センサと該点熱源との距離が知られており、プロセスは、前記点熱源が活性であるとき、前記少なくとも１つの温度センサのあるレベルでの時間の関数としての理論上の温度を、前記材料の前記熱物性値に依存した式で表す工程、前記点熱源が活性であるとき、前記少なくとも１つの温度センサにより、複数の温度測定を取得する工程、及び前記式を介して取得した前記理論上の温度と実効的に測定された温度との誤差が最小限になるように、前記材料の熱物性値を決定する工程、を含む。

他の有利かつ非限定的な特徴は下記の通りである。

・前記材料の前記熱物性値は、前記材料の熱伝導率k及び/又は前記材料の熱拡散率aを含む。

・{η(d,ti,β₁,β₂)}_i∈[1,F]によって取得される理論上の温度Fと、前記実効的に測定された{Y(d,ti)}_i∈[1,F]での温度Fとの誤差が最小になることが、式１によって表される、

式１のうち、dは、前記少なくとも１つの温度センサと前記点熱源との距離であり、β₁は前記熱伝導率kに反比例するパラメータであり、β₂は前記熱拡散率aに比例するパラメータである。

本発明の第２の態様は下記プロセスに関する。材料の表面を通る熱流量φ(t)を測定するプロセスであって、少なくとも１つの温度センサ及び１つの点熱源が該材料に組み込まれており、前記少なくとも１つの温度センサと前記点熱源との距離が知られており、プロセスは、前記少なくとも１つの温度センサによって、前記材料の複数の内部温度を時間とともに測定する工程と、上述の材料の前記熱物性値を推測するプロセスを実施することによって前記材料の熱伝導率k及び熱拡散率aを推測する工程と、前記少なくとも１つの温度センサの時間と、前記推測された材料の熱伝導率k及び熱拡散率aとの係数として測定された内部温度から、前記材料の前記表面を通る熱流量φ(t)を決定する工程と、を含む。

他の有利かつ非限定的な特徴として、少なくとも２つの温度センサによって少なくとも２つの内部温度が測定され、１つの温度センサは前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面から他の温度センサよりも実質的に離れており、プロセスは、前記材料の前記表面から離れた温度センサによる時間の係数として測定された内部温度から限界の条件を検証する工程をさらに含む。

本発明の第３の態様は下記流量計に関する。材料の表面を通る熱流量φ(t)を測定するための流量計であって、前記材料のサンプル内に組み込まれた、少なくとも１つの温度センサと、前記材料のサンプル内に組み込まれた、制御可能な点熱源と、ある時間間隔中前記少なくとも１つの温度センサによって、複数の温度測定値を取得する手段と、上述の前記材料の前記表面を通る熱流量φ(t)の測定するプロセスを実施可能な、前記取得された温度測定値を処理する手段と、を有する。

他の有利かつ非限定的な特徴は下記の通りである。

・第一温度センサ及び第二温度センサを備え、前記第一温度センサは前記第二温度センサよりも前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面に近く、前記第一温度センサは前記熱流量φ(t)が通る材料の表面から既知の距離にあり、前記第二温度センサは前記点熱源から既知の距離にあり、前記第一温度センサの測定値は前記熱流量φ(t)の測定に用いられ、前記第二温度センサの測定値は前記材料の前記熱物性値の推定に用いられる。

・既知の表面に対して位置する第三温度センサを備え、前記第三温度センサは前記第一温度センサ及び第２温度センサよりも前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面から実質的に離れており、前記第三温度センサの測定値が、前記材料の熱流量φ(t)の限界の条件を理解するために使用される。

・前記第三温度センサは、特に第二温度センサと同様に、前記点熱源から既知の距離にあり、前記第三温度センサの測定値は、前記第二温度センサの測定値と比較されて前記材料の均質性を制御する。

・前記点熱源が非活性化されるときに、前記第二温度センサの測定値は前記熱流量φ(t)を推定するためにも使用される。

・前記１又は複数の温度センサは熱電対であり、前記点熱源はヒータ線であって、前記熱電対の軸と該ヒータ線は前記材料の前記表面に対して直交する実質的に同一平面内に配置される。

本発明の一態様によれば、熱式流量計は、試験材料の熱物性値を推定することによって、自己校正が可能となる。

本発明に係る流量計の一実施形態の図である。 本発明において入ってくる熱流量を推定するためのプロセスを示す。 本発明において材料の熱物性パラメータの推定のためのプロセスのテストから得られたグラフであって（ａ）及び（ｂ）は、所定の時間間隔での理論上の温度及び同じ時間間隔での測定された温度を表す。 材料内に入ってくる熱流量を推定するためのプロセスをテストするための設備の一例を示す。 本発明において材料に入ってくる熱流量を推定するためのプロセスのテストから得られたグラフであって、（ａ）及び（ｂ）は、時間の関数として材料が受ける熱量と、結果としてその材料に入ってくる熱量をそれぞれ示す。

＜全体構造＞
図１を参照して、本発明は、材料Ωの表面Γを通過する熱流φ(t)の測定のための流量計１０に関する。なお、熱流量φ(t)は、厳密な意味での熱流には対応しないが、W.m⁻²で表される表面単位あたりの熱量全体Φ等の表面Γのレベルでの表面熱流の密度に対応する。
時間単位当たりの材料Ωを通過する全体の熱移動Qとして説明されるものに対応している「完全な」熱流量Φは、実際、交換表面の概念を生じさせ、定量化が困難である。
本発明では、熱流量および熱流密度の両方の測定に関しており、表記φ(t)は、本明細書を通して使用されることが理解される。

また、材料の「表面を通過する」とは、材料の中に入ること及び材料から外へ出ることの両方を意味する。実際には、ほとんどの場合では、（材料が熱源にさらされるときに）熱流（熱流量）が入ってくるが、例えば、材料が多くのエネルギーを格納しておりこれ以上受け取れない（限定期間を超えて強烈な熱源がある）ときは、外に出ていく。熱の回復は、負の熱流として測定される。したがって、それが追加された精度が問題でない場合、入ってくる流れが正または負と考えられる場合を除き、入ってくる熱流と出ていく熱流を区別する必要性がありうる。本説明を通して、入ってくる熱流を便宜的に正とみなしている。

流量計１０の別のとりうる構成は、本説明の全体を通して説明されるが、一般的には下記の構成を有する。
・材料Ωのサンプルに組み込まれた、例えば熱電対である少なくとも１つの温度センサ１，２，３（２つが有利あり、３つだとさらに有利である）；
・材料Ωのサンプルに組み込まれた、制御可能な点熱源４（ジュール効果を用いるヒータ線等）；
・ある時間間隔中、少なくとも１つの温度センサによって温度測定値を複数取得する手段；
・取得した複数の温度測定値を処理する手段（処理手段）。

なお、材料Ωは、熱流の向きに応じている（表面Γに直交する）軸xに直交する任意の方向に対して不変であるとして理解されている。例えば図１に示された切断面（ｘOｚ）など、表面Γに直交する平面内の点を形成する等、点（●，○）は、厳格なものであると理解されている。従って、表面Γ（図１のＺ）に平行な方向に延伸している温度センサ１，２，３及び/又は熱源４は、適切に厳格である。１又は複数の温度センサ１，２，３が熱電対であり点熱源４がヒータ線である場合、これらの部材の軸は、材料Ωの表面Γに垂直な同一平面に実質的に配置されていると有利である。

取得する手段及び処理する手段（不図示）は、例えば、プロセッサ、記憶空間、プロセッサにセンサ１，２，３を接続させるためのインタフェース、及び結果を取得するためのマンマシン・インターフェースを備えた、コンピュータで構成されている。

下記に示すように測定技術は、逆の複数の方法に基づいている。一般に、逆の問題である２つのタイプである、熱流量の推定及び熱物性値の推定は、はっきりと分離されている。
これらの逆の方法では異なるデジタル技術も使用している。本発明に係る流量計１０の独創性は、同じサンプル内の２つのアプローチ（逆の方法）を組み合わせることである。

この技術では、熱源にさらされた材料Ω内の１又は複数の温度センサ１，２，３による温度測定によって、熱流量の計算に適用される熱物性値をリアルタイムに認識する。

＜熱流の推定のための一般的な原理＞
本発明の目的は、温度センサ１，２，３のレベルでの内部熱測定θによって材料に伝達された熱流量φ(t)を評価することである。この過渡的な熱流量を後で再開するには、熱伝導率の逆の問題を解決する必要がある（PICC）。データ補完の問題として知られているこの種の問題は、未知の限界条件を推定するための逆問題のカテゴリに属する。

スペース変数ｘ（１次元の問題）と時間変数ｔとの領域（材料）Ωの境界（表面）Γを考慮しなければならない。

熱システムの式での熱の下記のように表される。

上記式２において、限界条件として、
＜１＞ フーリエの法則あたりのｔ＞０での表面Γ上、即ち、単純に、φ(t)の条件；

＜２＞ ｔ＞０でのΓと反対の表面又は無限媒質での条件、あるいは既知の流動条件又は既知の温度条件（測定値）；

＜３＞ 初期条件：材料Ωの現場においてt=0において、θ(x,0)=θ₀、又はθ(x,0)=f(x)である。

表面Γ上の限界の条件はここでは知られていない。熱方程式の分解能を最適化しリアルタイムでの熱流量を取得するために、入るときの温度センサ１，２，３によって与えられる内部温度θint、及び出るときに表面Γを通過する熱流密度（熱流量）φ(t)によって、入出力ブラックボックスシステムを作製することが目的である。不変の動的線形システムの理論を使用することによって、２つの大きさを関連づけるための移動関数を式で表すことが目的である。

不変の線形システムの場合、システムの出力は、システムパルスの初期条件のパルス応答h（t）の入力の積分であると表現することができる。

熱システムは均質ではなく、熱流量が変数tに依存するため、余分な作業を実行しなければならない。熱拡散の問題に対して線形システムの理論を適用するため、デュアメル原理が使用される。均質ではない限界の条件への初期問題の解は、均質限界の条件への同じ問題の解の係数として式で表すことができる。システムのパルス応答h（t）を知ることで、線形システム理論の照合（推定 Deduce）形式を明らかにすることができる。

これらのシステムのインパルス応答（衝撃応答）は、応答ステップφ（ｔ）の時間微分で与えられる。デュアメルの積分は、熱方程式のこの理論の適用することに他ならない。
従って、x₁が観察の場所でありx₂がストレスの場所である場合は、デュアメル原理（重ね合わせの原理）が下記のように得られる。

積分と微分とで等しい一定ピッチによって時間を離散化することで、行列（マトリックス）はデュアメルの積分を式で表し、次のマトリックスシステムにつなげるために使用されることができる。
Δθ=D・Q
Δθは（後述の、温度センサ１，２，３の一つ以上によって）測定された複数の内部温度、引く、初期温度、を含むベクトルであり、Qは入ってくる熱流量を含むベクトルであり、Dはこの熱システムの応答ステップφ（ｔ）にて作成された行列である。

この方法は、優れた結果を提供する。しかし、当業者であれば、温度測定、材料の熱物性パラメータの関数として熱流量を計算するための他の方法を用いることもできる。

＜熱物性値を推定するためのプロセス＞
第一の態様によれば、本発明は、上述の計算において欠落したステップ応答を計算する方法として、材料Ωの熱物性値を推定するためのプロセスに関する。
これらの熱物性値は、有利には、材料Ωの熱伝導率k及び/又は材料Ωの熱拡散率aを含む。本発明は、これらのパラメータに限定されておらず、例えば容積測定熱容量ρC_Pの推定を含むことができる。

このプロセスは、材料Ωに組み込まれている点熱源４を利用し、少なくとも１つの温度センサ１，２，３と点熱源４との間の距離は既知である必要がある。
熱源４を制御する場合として、好ましい熱物性パラメータの関数として測定されることが期待される温度を表現する（式で表す）方法が知られている。

プロセスは以下の工程を含む：
・点熱源４が活性であるときの、少なくとも１つの温度センサ１，２，３のレベルでの時間の関数としての理論上の温度を、材料Ωの熱物性パラメータの関数に依存した式で表す；
・点熱源４が活性である時間間隔の間に、少なくとも１つの温度センサ１，２，３によって、温度の複数の測定値を取得する；
・前記式により取得した理論上の温度と実効的に（Effectively）測定した温度の誤差が最小になるように、材料Ωの熱物性パラメータの値を決定する。

温度θは、温度センサ１，２，３が熱源４からの距離ｄに配置された時点tで測定される。このヒータ線は、一定の線熱流（W.m⁻¹）の階層（Echelon）gを受けて、短い時間t（t_experience<300秒）の場合のように、無限媒質であると想定されている。理論上の温度の上昇は特に、次式で与えられる。

この式５において、熱方程式から推定すると、θ₀はケルビンにおける初期温度であり、kはW.m⁻¹.K⁻¹内の熱伝導率であり、aはm⁻².s⁻¹内の熱拡散率であり、gは、熱源４（W.m⁻¹）の線形加熱力であり、Eiは、積分指数関数である。

なお、理論上の温度の表した式は２つの独立したパラメータを表している。熱伝導率kに反比例するパラメータβ₁と、熱拡散率aに比例するパラメータβ₂であり、これらのパラメータは、下記の値をよる。

そして、式（d・{η(d,t_i,β₁,β₂)}_i∈[1,F]）によって求められる理論上の温度Ｆと実効的に測定された温度F（式{Y(d,t_i)}_i∈[1,F]）との差が最小になる誤差になるのは、次式で表される二次的な偏差である。

比較のF点は、異なる時点で取得されたt_i（i= 1〜F）の信号である。パラメータの最良の推定は、下記の式（「^」に注目）を満たす。

したがって、これは「最小二乗法」タイプの推定である。２つのパラメータの同時に推定する実現可能性は、各パラメータがモデルにおいて、十分に大きく、独自に誘導されることが示されている従来の感度分析によって実証されている。

β₁^とβ₂^の推定により、信頼区間と同様に、熱導電率k及び熱拡散率aの好ましい値を推定することが可能にする。

推定されたパラメータの不確実性の推定は、感度の方法に従って行われる。測定ノイズがランダムな場合、標準偏差σの一定のガウス分布の中心において、推定されたパラメータの分散共分散行列を決定することができる。推定されたパラメータに対する感度の行列をXとした場合、下記式が得られる。

得られた標準偏差は、パラメータb上の不確実性u(b)と同様である。これはタイプAの不確実性であって、この不確実性は、統計計算に起因する。これらのケースでは、構成される不確定性は下記のように計算される。

正確な推定のために以下の内容が既知であって、これらは少なくとも不確実に可能な方法で制御される必要がある。
・熱源４から温度センサ１，２，３までの距離（製造時に制御され、後で固定される）;
・熱源４の線状熱ｇの均一性 ⇒ワイヤに沿って完全に均質な抵抗性を備える（線状抵抗）ように、一定の径の、均質性の材料は硬化していない。ワイヤの直径は、熱電対の直径に匹敵する必要がある（慣性）。

＜熱物性パラメータの推定の例＞
図３（ａ）は、時間の関数として測定した、同じ理論の図θ−θ₀を示す。２つの曲線はほとんど重畳している。

最適なパラメータβ₁及びβ₂のための偏差(η−Y)が図３（ｂ）に示されている。図３（ｂ）から明らかなように、この偏差は、絶対値が０．０４℃を超えることはない。識別されたパラメータ（以下表１参照）の不確実性は、したがって、特に低い。

＜熱流量を測定するための方法＞
第二の態様によれば、本発明は、上述のように推定された熱物性パラメータを用いた、材料Ωの表面Γを通過する熱流量φ(t)の測定プロセスに関する。

少なくとも１つの温度センサ１，２，３と、熱流（熱流量）が通過する材料Ωの表面Γとの間の距離は既知である必要がある。

プロセスは以下の工程を含む：
・少なくとも１つの温度センサ１，２，３によって、材料Ωの内部の複数の温度を経時的に測定をする；
・上述のように材料Ωの熱物性値を推定するプロセスを実施することによって、材料Ωの熱伝導率k及び熱拡散率aの推定する;
・少なくとも１つの温度センサ１，２，３によって、推定された材料Ωの熱伝導率k及び熱拡散率aの時間の関数として測定された内部の温度から材料Ωの表面Γを通過する熱流量φ(t)を決定する。

熱流量の結合測定及び熱物性値の推定は、分析中に実施することができる。材料に伝達された熱の流れが一定である期間にわたって、所与の時間中の電力ピークが、ヒータ線（熱源）４内で生成される。新しい熱導電率及び熱拡散率は重ね合わせの原理を用いて推定される。
実際、ヒータ線に起因する摂動のみを保持するように、熱流量による成分は信号から取り除かれる。そして、新たな熱物性パラメータは、例えば前述したような、フローの計算のための温度の反転アルゴリズムに再注入される。

材料Ωの表面Γを通過する熱流量を推定するために、手順は、有利には、温度センサの内部温度の関数として、熱伝導率及び熱拡散率の夫々の組用のステップ応答のためのデータベース内で検索するように構成されており、上述の式「Δθ=D・Q」を解くためにそれらを反転する。なお、プロセスが実行されるたびに、応答の再計算することも可能である。

＜固定範囲への条件の検証（Verification）＞
材料Ωが表面Γの一方（この場合、｛（x,y,z）∈R³,x≧0｝）に位置する半空間のすべてを占有すること以外の点で、「半無限」媒体と呼ばれる条件で検証されることを、使用されるモデルは想定されている。現実的には、材料はその裏面によって限定されており、半無限媒体の条件はもはや尊重することができない。

有利には、少なくとも２つの内部の温度が少なくとも２つの温度センサによって経時的に測定され、１つの温度センサ３は、熱流量φ(t)が通過する材料Ωの表面Γから他方（温度センサ１、図１参照）よりも実質的にさらに離れている。そして、プロセスは、材料Ωの表面Γからさらに離れた温度センサ３によって時間の関数として測定した内部温度の限界の条件の検証するステップを含む。

下記、備えられた温度センサの数の関数とする、本発明に係る流量計１０の複数の実施形態を、説明する。

＜流量計の第一の実施形態：１つの温度センサ＞
流量計１０は１つの温度センサを備えることができる。この場合には、唯一の温度センサは図１の温度センサ１であり、この温度センサ１は、表面Γと点熱源4との両方から既知の距離にある必要がある。この実施形態は、非常にコンパクトで、かろうじて浸潤性の流量計を生成する。しかし、この実施形態では、熱流φ(t)を測定すること及び材料Ωの熱物性値を推定することの両方は実施できず、制限されている。熱源４がオフ（不活性）である期間の位相に実際に熱流量が測定されるのに対して、熱物性値の推定には熱源４がオン（活性）であることが必要になる。推定は、材料Ωに伝達される熱流量が一定である固定位相で行われる。

＜流量計の第二実施形態：２つの温度センサ＞
より有利にするため、流量計１０は、第一温度センサ１と第二温度センサ（図１の温度センサ２又は３）とを備えており、第一温度センサ１は、熱流量φ(t)が通過する材料Ωの表面に第二温度センサ２，３よりも近い。

この場合、第１の温度センサ１は熱流量φ(t)が通過する材料Ωの表面Γから既知の距離にあるのに対して、第二温度センサ２，３は、点熱源４から既知の距離にある。２つの温度センサは、最も独立可能になるように相対的に離れていると有利である。

第一温度センサ１は材料Ωの表面Γにより近いので、熱流量φ(t)の測定専用のものである。第二温度センサ２，３は、材料Ωの熱物性値の推定専用のものである。各温度センサは、互いに独立して測定を実施することが可能になり、熱流量の結合測定及び熱物性値の推定を同時に実施することができる。実際には、熱源４に起因する摂動のみを保持するため、熱流量に起因する成分は、第二温度センサ２，３の測定で取り出され、そして相反的に、熱源４に起因する摂動のみを保持するため、熱源４に起因する成分は、熱源４が不活性であるときの第一温度センサ１の測定で取り出される。

しかし、特に好ましくは、熱源４が不活性であるとき、第二温度センサ２，３での測定が熱流量φ(t)の推定にも使用されることである。２つの温度センサによって、材料Ωの不完全さに等に起因する、大部分の不正確さが排除される。

＜流量計の第三実施形態：３つの温度センサ＞
さらにより有利には、流量計１０は、図１の通り、流量計１０は第三温度センサ３を備える。上述のように、第三温度センサ３は、熱流量φ(t)が通過する材料Ωの表面Γから、第一温度センサ１、第二温度センサ２よりもさらに離れている。第三温度センサ３での測定は、材料Ωの限界の条件を理解するために使用される。

第三温度センサ3は、有利には、「第２の」第二温度センサである。第三温度センサ３は点熱源4から既知の距離（計算の簡潔化のため、特に第二温度センサ２と同一である）にある条件において、第三温度センサ３での測定は第二温度センサ２での測定と比較されることができ、熱物性パラメータの推定を確認し、材料Ω（の表面）Γの均質性を制御する。

なお、流量計１０は、３つよりも多い温度センサを備えてもよい。複数の第一温度センサ、複数の第二温度センサ２、及び/又は複数の第三温度センサを備えることも実現可能である。

＜熱流量の測定例＞
本発明は、２種類の熱源（均質および不均質）を使用して、特定の適格性分析でテストされた。
・均質な熱源（流量計の表面が、発熱抵抗に接触している又は黒体の前に露出されている）；
・非均質な熱源（流量計の表面が、図４参照のガスバーナー１１の炎等へ露出されている）。

図５（ａ）は、ガスバーナー１１を用いた適格性テストの際に、本発明に係る流量計１０を備えた材料Ωが施される熱出力（火力）プロファイルを有する。火力が、注入されたガスの割合の変化によって制御される。流量計１０は、材料Ωの表面Γを通過する熱流量Φ（図５ｂに示されている表面流φ_SURF（t））を推定し、熱源４によって、材料Ωの熱伝導率k及び熱拡散率aを特徴付けた。熱物性値の発熱（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を考慮した上での、本発明による結合（関連付け）の実施は、熱流量のより良い推定を可能にする。材料の経時変化を考慮する、又は経時での温度の関数としての熱物性値の発熱を考慮することで、各分析（定常運転）の間で、発熱を特徴づけることができる。

＜アプリケーション＞
本発明に係る流量計１０は、堅牢であり、原位置で材料の内部に組み込まれ、制御された計量プロセスを有しているため、多くの分野で使用することができる。
・火に関連するテーマ、又は火には関連しないが、熱的・化学的に過酷な環境での媒体上/壁面での相互作用を探索するテーマのため；
・熱流量の直接測定のため、又は長期間での発熱フローの追跡のため（長時間スケールでの材料の熱での経時変化への適用）。

さらに、建物の基準として使用することもできる。建設資材の壁に埋め込まれた熱電対及びヒータ線は、以下のように役立てられる。
・特に断熱性のクラスを評価するために、建物の正確なエネルギーバランスを設定する；
・快適な温度を維持するために必要な規制を実施するために、リアルタイムでのエネルギーバランスを設定する；
・経時での、壁の熱物性値の劣化（乾燥、水の浸透、既存の断熱材の劣化）を追跡する；
・火災（プレフラッシュオーバー、フラッシュオーバー（爆発的に延焼する火災現象）、ポストフラッシュオーバー）の場合にこの流量計により構内の熱力学的状態を決定し、消火ユニットによって危機管理を可能にする；
・煙探知機等、他の安全対策と同様に火を検出する。

１，２，３ 温度センサ
４ 点熱源
１０ 流量計
１１ ガスバーナー
Ω 材料
Γ 表面

Claims (9)

1. 材料の熱物性を推定するためのプロセスであって、少なくとも１つの温度センサ及び１つの点熱源が該材料中に組み込まれており、前記少なくとも１つの温度センサと該点熱源との距離が知られており、プロセスは、
   前記点熱源が活性であるとき、前記少なくとも１つの温度センサのあるレベルでの時間の関数としての理論上の温度を、前記材料の熱物性パラメータに依存した式で表す工程、
   前記点熱源が活性である間の時間間隔の間、前記少なくとも１つの温度センサにより、複数の温度測定を取得する工程、及び
   該式を介して取得した前記理論上の温度と実効的に測定された温度との誤差が最小になるように、前記材料の熱物性パラメータの値を決定する工程と、を含み、
   前記材料の該熱物性は、前記材料の熱伝導率k及び/又は前記材料の熱拡散率aを含み、
   {η(d,t _i ,β ₁ ,β ₂ )} _i∈[1,F] によって取得される理論上の温度Fと、前記実効的に測定された{Y(d,t _i )} _i∈[1,F] での温度Fとの誤差が最小になることが、式１によって表され、
   式１のうち、dは、前記少なくとも１つの温度センサと前記点熱源との距離であり、β ₁ は前記熱伝導率kに反比例するパラメータであり、β ₂ は前記熱拡散率aに比例するパラメータである、
   材料の熱物性を推定するためのプロセス。
2. 材料の表面を通る熱流量φ(t)を測定するプロセスであって、少なくとも１つの温度センサ及び１つの点熱源が該材料に組み込まれており、前記少なくとも１つの温度センサと該点熱源との距離及び前記少なくとも１つの温度センサと前記熱流量φ(t)が通る前記材料の表面との距離が知られており、プロセスは、
   前記少なくとも１つの温度センサによって、前記材料の複数の内部温度を時間とともに測定する工程と、
   請求項１に記載された、材料の前記熱物性を推定するためのプロセスを実施することによって前記材料の前記熱伝導率k及び前記熱拡散率aを推定する工程と、
   前記少なくとも１つの温度センサによる時間と、前記材料の前記推定された熱伝導率k及び熱拡散率aとの関数として測定された内部温度から、前記材料の前記表面を通る熱流量φ(t)を決定する工程と、を含む
   熱流量φ(t)の測定プロセス。
3. 少なくとも２つの温度センサによって少なくとも２つの内部温度が時間とともに測定され、一方の温度センサは前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面から他方の温度センサよりも実質的にさらに離れている工程を含む、
   請求項２記載の測定プロセス。
4. 材料の表面を通る熱流量φ(t)を測定するための流量計であって、
   前記材料のサンプル内に組み込まれた、少なくとも１つの温度センサと、
   前記材料の前記サンプル内にまた組み込まれた、制御可能な点熱源と、
   ある時間間隔中、前記少なくとも１つの温度センサによって、複数の温度測定値を取得する手段と、
   請求項２に記載された該材料の前記表面を通る熱流量φ(t)の測定のためのプロセスを実施可能な、前記取得された複数の温度測定値を処理する手段と、を有する、
   流量計。
5. 第一温度センサ及び第二温度センサを備え、
   前記第一温度センサは前記第二温度センサよりも前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面に近く、
   前記第一温度センサは前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面から既知の距離にあり、前記第二温度センサは前記点熱源から既知の距離にあり、
   前記第一温度センサの測定値は前記熱流量φ(t)の推定に用いられ、前記第二温度センサの測定値は前記材料の前記熱物性の推定に用いられる、
   請求項４記載の流量計。
6. 既知の表面に対する位置にある第三温度センサを備え、前記第三温度センサは前記第一温度センサ及び第二温度センサよりも前記熱流量φ(t)が通る前記材料の前記表面から実質的にさらに離れている、
   請求項５記載の流量計。
7. 前記第三温度センサは、前記点熱源から既知の距離にあり、前記第三温度センサの測定値は、前記第二温度センサの測定値と比較される、
   請求項６記載の流量計。
8. 前記点熱源が非活性であるとき、前記第二温度センサの測定値は前記熱流量φ(t)を推定するためにも使用される、
   請求項５から７のいずれか一項記載の流量計。
9. 前記１又は複数の温度センサは熱電対であり、前記点熱源はヒータ線であって、前記熱電対の軸と該ヒータ線は前記材料の前記表面に対して直交する実質的に同一平面内に配置される、
   請求項４から８のいずれか一項記載の流量計。