JPH0220058B2 - - Google Patents

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JPH0220058B2
JPH0220058B2 JP57096211A JP9621182A JPH0220058B2 JP H0220058 B2 JPH0220058 B2 JP H0220058B2 JP 57096211 A JP57096211 A JP 57096211A JP 9621182 A JP9621182 A JP 9621182A JP H0220058 B2 JPH0220058 B2 JP H0220058B2
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JP
Japan
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temperature
analog
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amount
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JP57096211A
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Japanese (ja)
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JPS58213242A (en
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Yoshiaki Arakawa
Hideki Yagi
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KYOTO DENSHI KOGYO KK
TOYO EREKUTORONIKUSU KK
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KYOTO DENSHI KOGYO KK
TOYO EREKUTORONIKUSU KK
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は物質の熱伝導率、熱拡散率、比熱、
熱容量などの熱物性値を非定常状態で計測し、更
にデイジタル処理して演算、表示する測定法にお
いて比較的低分解能のA/Dコンバータをも高分
解能化して使用でき、精度の高い測定を可能にし
た熱物性値の測定法に関する。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to the thermal conductivity, thermal diffusivity, specific heat,
In measurement methods that measure thermophysical property values such as heat capacity in an unsteady state, and then digitally process, calculate, and display, even relatively low-resolution A/D converters can be used with high resolution, making highly accurate measurements possible. This paper relates to a method for measuring thermophysical property values.

従来非定常状態で熱物性値を測定する方法が知
られており、その一方法として線状加熱源を用い
てある時点から該線状加熱源に一定電力を与え、
試料内の1点の温度変化から試料の熱物性値であ
る熱伝導率を求める方法について説明すると、第
1図は、無限大の円柱状の試料aの中心に細い加
熱線bを直線状に置いた状態を想定した非定常熱
線法による熱伝導率測定の原理説明図である。
Conventionally, methods of measuring thermophysical property values in an unsteady state are known, and one method is to use a linear heating source and apply constant power to the linear heating source from a certain point,
To explain the method of determining the thermal conductivity, which is a thermophysical property value of a sample, from the temperature change at one point within the sample, Figure 1 shows a method in which a thin heating wire b is connected in a straight line to the center of an infinite cylindrical sample a. FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle of thermal conductivity measurement by the unsteady hot wire method assuming a state in which the device is placed.

時間t=0(t0)から加熱線bに一定電力を供
給し続けると、加熱線bから距離rだけ離れた位
置の温度Tは時間の経過とともに指数函数的に上
昇する。この様子を第2図に示す。そして、これ
を数学的に解析すると試料の熱伝導率kは次式が
良い近似式として与えられることがわかつてい
る。
When constant power is continued to be supplied to the heating wire b from time t=0 (t 0 ), the temperature T at a distance r from the heating wire b increases exponentially with the passage of time. This situation is shown in FIG. When this is analyzed mathematically, it has been found that the thermal conductivity k of the sample is given by the following equation as a good approximation.

k=qln(t2/t1)/4π(T2−T1) (1) 第3図は、(1)式の内容を図式化したものであ
り、これによれば加熱開始時点から計測に必要な
時点を経過した後、温度上昇とln(時間)とは直
線関係として得られ、その勾配の逆数が試料の熱
伝導率kに比例することを示している。
k=qln(t 2 /t 1 )/4π(T 2 −T 1 ) (1) Figure 3 is a diagrammatic representation of the contents of equation (1), and according to this, measurement starts from the start of heating. After the time required for , the temperature rise and ln (time) are obtained as a linear relationship, and the reciprocal of the slope is proportional to the thermal conductivity k of the sample.

なおある時間を経過すると実際の試料では原理
で説明したように無限の大きさが確保できなくな
る。したがつて試料の外面を熱が突き抜けて試料
の周囲にある物質(例えば、机とか周囲の空気)
へ熱が供給され始め、第3図に示すように測定が
できない領域が生ずる。
Note that after a certain period of time, in an actual sample, it is no longer possible to secure an infinite size as explained in the principle. Therefore, the heat penetrates the outer surface of the sample and absorbs the material around the sample (for example, the desk or the surrounding air).
Heat begins to be supplied to the area, and an area where measurement cannot be made occurs as shown in FIG.

以上の非定常熱線法は細い加熱線の周囲を全て
試料で囲み測定する方法であつたが、次にこれを
改良して加熱線bの一方側(半分)に試料aを、
他方側に断熱性が良く、弾力性があつて、且つ熱
伝導率が既知の試料cを配置して測定する方法に
ついて説明すると、これは加熱線bに一定電力を
与え続ける手法、温度上昇と経過時間の関係等は
上述の熱伝導率測定の場合と全く同様であるが、
試料の熱伝導率kは次式が良い近似式を与える点
が異なる。
The unsteady hot wire method described above was a method in which a thin heating wire was completely surrounded by the sample for measurement, but this was improved and sample a was placed on one side (half) of heating wire b.
Explaining the method of measuring by placing sample c, which has good insulation properties, elasticity, and known thermal conductivity, on the other side, this is a method of continuously applying constant power to heating wire b, and temperature rise and The relationship with elapsed time, etc. is exactly the same as in the case of thermal conductivity measurement described above, but
The difference is that the following equation provides a good approximation for the thermal conductivity k of the sample.

k=Aqln(t2/t1)/(T2−T1)−B (2) ここで、A、Bは定数であつて、別途熱伝導率
が既知の2ケ以上の標準試料によつて検定定数と
して定められる。
k=Aqln(t 2 /t 1 )/(T 2 −T 1 )−B (2) Here, A and B are constants, and are calculated using two or more standard samples with known thermal conductivities. is determined as the test constant.

更にもう一つの熱物性値の計測例として面状発
熱源を用いて熱拡散率、熱伝導率、熱容量及び比
熱等を非定常的に測定する方法を第5図にしたが
つて説明する。
As another example of measuring thermophysical property values, a method of unsteadily measuring thermal diffusivity, thermal conductivity, heat capacity, specific heat, etc. using a planar heating source will be described with reference to FIG.

これは平板状の被測定板a(試料)の両面にそ
れぞれ平板状の熱伝導率が既知の標準板c,cを
密着させ、一方矢印方向から熱を入力して被測定
板aと標準板c,cの密着面及びそれぞれの標準
板c,cの内部又は表面の各1点宛、合計4点の
温度応答を測定し、更にこれらのラプラス積分値
を求め、熱伝導の基礎式のラプラス変換を利用し
て試料の熱物性値を同時に測定可能とするもので
ある。
This is done by placing flat standard plates c and c with known thermal conductivity on both sides of a flat plate to be measured (sample), respectively, and inputting heat from the direction of the arrow on the other hand. Measure the temperature response at a total of 4 points, one point each on the contact surface of c and c, and one point on the inside or surface of each standard plate c and c.Furthermore, calculate the Laplace integral value of these, and calculate the Laplace integral of the basic equation of heat conduction. Using conversion, it is possible to simultaneously measure the thermophysical properties of a sample.

この測定方法において加熱のための入熱方式は
ある時間から平面状の発熱源d(両面加熱しても
良いが、第5図では片面加熱による発熱源が示さ
れている)によつて標準板c,c及び被測定板a
へ1次元の熱の流れを与えるもので、この場合平
面状の発熱源はランプ照射によることも可能であ
り、加熱のための入熱方式は前述の非定常熱線法
及びその改良法とは異なり、一定である必要はな
いが、適当な時間発熱源から熱を与え続け、この
後OFFすると第5図の4つの測温点の温度は例
えば第6図に示すように変化する。
In this measurement method, the heat input method for heating is to use a planar heat source d (both sides may be heated, but Fig. 5 shows a heat source using one side heating) from a standard plate. c, c and plate to be measured a
In this case, the planar heat source can also be irradiated with a lamp, and the heat input method for heating is different from the above-mentioned unsteady hot wire method and its improvement method. Although it does not have to be constant, if heat is continued to be applied from the heat source for a suitable time and then turned off, the temperatures at the four temperature measurement points in FIG. 5 will change as shown in FIG. 6, for example.

そこでこの温度変化をもとにして各々について
ラプラス積分値を求めて計算式から熱物性値を算
出する。
Therefore, based on this temperature change, the Laplace integral value is determined for each, and the thermophysical property value is calculated from the calculation formula.

以上のように線状加熱源を用いた非定常法によ
り熱伝導率を求める方法においては(1)式、(2)式で
示されるように過渡的温度変化から試料の熱伝導
率を求めるものであり、いずれも2つの相異なる
時間に対する温度差ΔTが精度良く計測されれば
試料の熱伝導率kを正確に求めることができる。
As mentioned above, in the method of determining the thermal conductivity by the unsteady method using a linear heating source, the thermal conductivity of the sample is determined from transient temperature changes as shown in equations (1) and (2). In both cases, if the temperature difference ΔT at two different times is measured with high accuracy, the thermal conductivity k of the sample can be accurately determined.

更に上述の面状発熱源を用いて非定常法により
熱物性値を求める方法においても、算出式は(1)
式、(2)式と異なるが、例えば第5図の測温点4点
の温度変化を加熱開始点を0として求め、被測定
板の熱物性値を求める点は基準時点(熱線法は
t1、本法ではt=0)からの温度変化計測が重要
な点であることで同様となる。
Furthermore, in the method of calculating thermophysical property values using the unsteady method using the above-mentioned planar heating source, the calculation formula is (1)
Equation (2) is different from Equation (2), but for example, the temperature change at the four temperature measurement points in Figure 5 is determined with the heating start point as 0, and the point at which the thermophysical property value of the plate to be measured is determined is the reference point (the hot wire method is
The same is true in that the temperature change measurement from t 1 (t=0 in this method) is an important point.

しかし、上述の2つの相異なる時間における温
度差や加熱開始時点からの温度変化分の高精度測
定は従来使用されている比較的分解能の低いデイ
ジタル計測回路によつては極めて困難である。
However, it is extremely difficult to accurately measure the temperature difference between the two different times and the temperature change from the start of heating using conventionally used digital measurement circuits with relatively low resolution.

即ち、試料の置かれている雰囲気の温度T0
温度と加熱による温度変化分ΔTの全温度(T0
ΔT)を計測しようとすれば、ダイナミツクレン
ジが広く、且つ分解能の高いデイジタル計測回路
が必要となる。
In other words, the total temperature (T 0 +
In order to measure ΔT), a digital measurement circuit with a wide dynamic range and high resolution is required.

これを前述の非定常熱線法の測定について説明
すると、加熱開始時点から時間t2までにおける温
度上昇度は数℃〜高々10数℃であり、通常計測に
必要とされる温度差ΔTは0.3〜2℃程度である。
これに対して雰囲気温度T0は所望の測定温度ま
で試料を加熱して温度T0に維持されたまま測定
されるため、測定時に800℃とか1000℃、更には
1500℃とかなることが屡々起る。即ち、必要とさ
れる温度変化ΔTは加熱開始からの温度変化に対
して略々1/10、雰囲気の温度に対して略々1/
100の量である。
To explain this with respect to measurement using the unsteady hot wire method mentioned above, the degree of temperature rise from the start of heating to time t2 is from several degrees Celsius to several tens of degrees Celsius at most, and the temperature difference ΔT required for normal measurement is from 0.3 to The temperature is about 2℃.
On the other hand, the ambient temperature T 0 is measured by heating the sample to the desired measurement temperature and maintaining it at temperature T 0 , so it may be 800℃, 1000℃, or even
Temperatures of 1500℃ often occur. In other words, the required temperature change ΔT is approximately 1/10 of the temperature change from the start of heating, and approximately 1/1 of the temperature of the atmosphere.
The quantity is 100.

そして従来使用されている比較的分解能の低い
デイジタル計測器を用いてこれら雰囲気温度T0
を含めた計測値から十分な精度を有する熱物性値
を得るには、莫大なコストと技術力を必要とし、
これは極めて困難である。
Using conventionally used digital measuring instruments with relatively low resolution, these atmospheric temperatures T 0
Obtaining thermophysical property values with sufficient accuracy from measured values including
This is extremely difficult.

この発明は上記実情に鑑み、比較的低分解能
で、安価且つ実用的なA/D変換器を使用しても
精度の良い熱物性値を得ることができるような測
定法を開発する目的で鋭意研究した。
In view of the above circumstances, this invention has been made with the purpose of developing a measurement method that can obtain highly accurate thermophysical property values even when using a relatively low resolution, inexpensive and practical A/D converter. Researched.

その結果、上述のように熱源を被測定物質に与
えてその時の温度変化を温度センサーより検出
し、更に演算器を用いて熱物性値を算出するに際
して被測定物質の周囲温度T0は演算中には含ま
れず不要となることに着目して被測定物質の周囲
温度をプリカツトできる回路を用いれば、上述の
温度変化ΔTの高々の量を最大レンジとするA/
D変換器でも計測可能となり、更に電気計測回路
に付きものの零レベルの変動、即ちオフセツトド
リフトをΔTの計測中に補正できる回路を用いる
ことにより精度の良い測定が可能となることを見
出したものである。
As a result, as mentioned above, when a heat source is applied to the measured substance, the temperature change at that time is detected by the temperature sensor, and the thermophysical property value is calculated using a calculator, the ambient temperature T 0 of the measured substance is calculated. If you use a circuit that can pre-cut the ambient temperature of the substance to be measured, focusing on the fact that it is not included in the temperature change ΔT, it is possible to create an A/
It has been discovered that measurements can be made with a D converter, and that highly accurate measurements can be made by using a circuit that can correct the zero-level fluctuations inherent in electrical measurement circuits, that is, offset drift, while measuring ΔT. It is.

これを(1)式、(2)式の非定常熱線法による熱伝導
率測定法について説明すると、アナログ計測回路
とデイジタル計測回路とからなる回路において、
温度入力を零とするとともに、アナログ計測回路
においてプリカツト処理し、この信号量を次に続
くデイジタル計測回路へ送り込むようにすればよ
い。またオフセツトドリフトの補正については
ΔTの計測中にオフセツトドリフト量を測定して
ΔTの計測値よりこれによる変動分を補正すれば
よい。
To explain this about the thermal conductivity measurement method using the unsteady hot wire method of equations (1) and (2), in a circuit consisting of an analog measurement circuit and a digital measurement circuit,
What is necessary is to set the temperature input to zero, perform pre-cut processing in the analog measurement circuit, and send this signal amount to the subsequent digital measurement circuit. Further, as for offset drift correction, it is sufficient to measure the amount of offset drift while measuring ΔT and correct the variation due to this from the measured value of ΔT.

また上述の面状発熱源を用いた非定常法による
熱物性値の測定法においても被測定物質の周囲温
度が演算中不要となる実情は前記と同様であり、
したがつて前記同様被測定物質の周囲温度をプリ
カツトし、加熱開始時点の温度を零とすることに
より比較的低分解能のA/D変換器を使用して
も、これを高分解能化して高精度の測定が可能と
なる。
Furthermore, in the method of measuring thermophysical property values by the unsteady method using the above-mentioned planar heating source, the fact that the ambient temperature of the measured substance is not required during calculation is the same as above.
Therefore, as mentioned above, by pre-cutting the ambient temperature of the substance to be measured and setting the temperature at the start of heating to zero, even if an A/D converter with relatively low resolution is used, it can be made to have high resolution and high precision. It becomes possible to measure

なお、ラプラス積分値を応用した熱物性値の測
定法においては例えば4つの測温点の温度が必ず
しも同一温度を示した時点から加熱を開始する必
要はなく、したがつてこの場合は各々の測温点に
おける各々の加熱開始時の温度(初期温度)を零
とした変化分を計測すればよい。
In addition, in the method of measuring thermophysical property values applying the Laplace integral value, it is not necessary to start heating at the point when the temperatures at four temperature measurement points show the same temperature. What is necessary is to measure the amount of change with respect to the temperature (initial temperature) at the start of heating at each hot point as zero.

以上のように、非定常法による熱物性値の測定
法においては加熱開始時点の雰囲気温度を零とし
てその温度変化を継続的に計測することが必要と
なるが、ただ単に手動調整によつて初期温度分を
零に調整することは面倒であり、特に上記ラプラ
ス積分値を応用した熱物性値の測定の如く、例え
ば4つの測温点の初期温度分を同時に零に調整す
る操作は殆んど不可能に近い。
As mentioned above, in the method of measuring thermophysical property values using the unsteady method, it is necessary to set the ambient temperature at the start of heating to zero and continuously measure the temperature change. It is troublesome to adjust the temperature component to zero, and in particular, it is difficult to adjust the initial temperature components of four temperature measurement points to zero at the same time, such as when measuring thermophysical property values using the Laplace integral value mentioned above. Almost impossible.

そこで初期の各測定点の温度条件が満足される
と同時に、自動的に加熱開始OKのランプが点燈
し、測定者がスタートボタンを押すと、自動的に
各点の初期温度をプリカツトしてその後の温度変
化分のみを計測する回路が必要となる。また計測
回路のオフセツトドリフトの補正も自動的に行う
ことが必要となる。この必要性は温度変化の計測
時間が長くなればなる程増大する。
As soon as the temperature conditions for each initial measurement point are satisfied, the heating start OK lamp will automatically light up, and when the measurer presses the start button, the initial temperature at each point will be automatically pre-cut. A circuit that measures only the subsequent temperature change is required. It is also necessary to automatically correct the offset drift of the measurement circuit. This necessity increases as the time for measuring temperature changes increases.

そこでこの発明は、必要とされる信号量変化分
のみをアナログ計測回路を通してデイジタル計測
回路へ送るためのプリカツト処理とオフセツトド
リフトの検出と補正処理を自動的に行うことがで
きる回路を用いて熱物性値を測定する方法を提案
するものである。
Therefore, this invention uses a circuit that can automatically perform pre-cut processing and offset drift detection and correction processing to send only the required signal amount change to the digital measurement circuit through the analog measurement circuit. This paper proposes a method for measuring physical property values.

具体的には平面状発熱源、線状発熱源、或いは
点状発熱源等の発熱源を用いて試料に、ある時間
t0から熱を与え、試料の内部或いは表面の1点或
いは複数点の過渡的温度変化を検出してその温度
変化をアナログ計測回路に導びき、更にデイジタ
ル処理して演算し、表示する熱伝導率、熱拡散
率、比熱、熱容量などの熱物性値の測定法におい
て、必要とされる時点の温度Tに対応する入力量
Xをアナログ計測回路へ導びき、更にデイジタル
処理部にある記憶装置に記憶し、次にこの記憶量
をデイジタル量からアナログ量へ変換して前述の
アナログ計測回路に設けた加算器に、必要とされ
る時点以後の温度(T+ΔT)に対応する入力量
(X+ΔX)とともに加え、ここでXをプリカツ
トし、ΔXのみを自動的にアナログ計測回路を経
てデイジタル処理部に導びき、演算処理させるよ
うにするとともに、上記のアナログ計測回路を通
す演算過程においてアナログ計測回路の入力線を
間欠的に短絡させてアナログ計測回路のオフセツ
トドリフトをデイジタル処理部で読み取り、その
ドリフト分を計測された入力変化分から差し引い
て上記プリカツトによる演算処理を行うものであ
る。
Specifically, a heat source such as a planar heat source, a linear heat source, or a point heat source is used to heat the sample for a certain period of time.
Heat conduction that applies heat from t 0 , detects transient temperature changes at one or more points inside or on the surface of the sample, guides the temperature changes to an analog measurement circuit, and then digitally processes, calculates, and displays them. In the method of measuring thermophysical property values such as thermal diffusivity, thermal diffusivity, specific heat, and heat capacity, an input amount Then, this stored amount is converted from a digital amount to an analog amount and is input to the adder provided in the analog measurement circuit described above, together with the input amount (X + ΔX) corresponding to the temperature (T + ΔT) after the required time. In addition, X is pre-cut here, and only ΔX is automatically guided through the analog measurement circuit to the digital processing section for calculation processing, and in the calculation process through the analog measurement circuit described above, the input of the analog measurement circuit is The offset drift of the analog measurement circuit is read by a digital processing section by intermittently shorting the line, and the drift is subtracted from the measured input change to perform the above-mentioned pre-cut calculation process.

したがつてこの発明によればアナログ計測回路
に由来するドリフト分を補正するとともに、デイ
ジタル処理部の前段階において信号量Xをプリカ
ツトしてダイナミツクレンジ幅を小としてあるた
め、高分解能デイジタル回路として使用すること
ができ、測定精度を著しく向上させることができ
る。
Therefore, according to the present invention, in addition to correcting the drift caused by the analog measuring circuit, the signal amount can be used to significantly improve measurement accuracy.

以下図示の実施例に基いてこの発明を説明す
る。
The present invention will be explained below based on the illustrated embodiments.

第7図はこの発明を実施するために使用する回
路図であり、第8図はそのタイミングチヤートを
示すものである。
FIG. 7 is a circuit diagram used to implement the present invention, and FIG. 8 shows its timing chart.

第7図の回路において、1はアナログ計測回
路、2はデイジタル処理部であつて、アナログ計
測回路1は初段増幅器3、次段増幅器4、加算器
5、プリカツト増幅器6、アナログマルチプレク
サー7から構成される。
In the circuit shown in FIG. 7, 1 is an analog measurement circuit, 2 is a digital processing section, and the analog measurement circuit 1 is composed of a first-stage amplifier 3, a second-stage amplifier 4, an adder 5, a pre-cut amplifier 6, and an analog multiplexer 7. be done.

なお、初段増幅器3、次段増幅器4、プリカツ
ト増幅器6はそれぞれゲインn1,n2,n3で、逆位
相の出力を得られる増幅器としてある。
The first-stage amplifier 3, the next-stage amplifier 4, and the pre-cut amplifier 6 have gains n 1 , n 2 , and n 3, respectively, and are amplifiers capable of obtaining outputs in opposite phases.

一方デイジタル処理部2はデイジタル入力マル
チプレクサー8、μ−CPU9、メモリー装置1
0、デイジタル出力回路11、表示装置12等か
ら構成され、上記アナログマルチルチプレクサー
7とデイジタル入力マルチプレクサー8との間に
はA/Dコンバータ13が設けられ、更にデイジ
タル出力回路11と加算器5を結ぶ帰還回路14
にはD/Aコンバータ15が設けられる。
On the other hand, the digital processing section 2 includes a digital input multiplexer 8, a μ-CPU 9, and a memory device 1.
0, a digital output circuit 11, a display device 12, etc., an A/D converter 13 is provided between the analog multiplexer 7 and the digital input multiplexer 8, and the digital output circuit 11 and an adder. Feedback circuit 14 connecting 5
A D/A converter 15 is provided.

アナログ計測回路1において次段増幅器4とプ
リカツト増幅器6はA/Dコンバータ13で必要
とされる量にそれぞれの入力を増幅するために使
用されるノーマライズ増幅器であり、またアナロ
グマルチプレクサー7は初段増幅器3の入力スイ
ツチSW1、初段増幅器3の入力側とアースとの
間に設けられたスイツチSW2、次段増幅器4と
A/Dコンバータ13との間に設けられたスイツ
チSW3、プリカツト増幅器6とA/Dコンバー
タ13との間に設けられたスイツチSW4とを一
定間隔を置いて自動的に切替えるための切替器を
構成する。
In the analog measuring circuit 1, the next-stage amplifier 4 and the pre-cut amplifier 6 are normalizing amplifiers used to amplify the respective inputs to the amount required by the A/D converter 13, and the analog multiplexer 7 is the first-stage amplifier. 3 input switch SW1, switch SW2 provided between the input side of first stage amplifier 3 and ground, switch SW3 provided between next stage amplifier 4 and A/D converter 13, and pre-cut amplifier 6 and A/D converter 13. A switch is configured to automatically switch the switch SW4 provided between the D converter 13 and the D converter 13 at regular intervals.

また初段増幅器3の前段には外部入力信号中の
含まれる雑音成分をカツトするための入力フイル
ター16が設けられるが、この発明のように入力
信号が温度変化による場合は信号の周波数特性が
可成り低周波数となるので、入力フイルター16
としては通常の計測回路において屡々使用される
ローパスフイルターが使用される。
In addition, an input filter 16 is provided before the first stage amplifier 3 to cut out noise components contained in the external input signal, but when the input signal is caused by temperature changes as in the present invention, the frequency characteristics of the signal change considerably. Since the frequency is low, the input filter 16
A low-pass filter, which is often used in ordinary measurement circuits, is used.

一方試料中には通常の熱電対或いは測温抵抗
体、サーミスタ等で構成される温度計17が使用
され、温度計17からはmVオーダーの入力信号
がフイルター16を介して初段増幅器3に加えら
れ、更に次段増幅器4により必要量だけ増幅され
てA/Dコンバータ13に加えられ、ここで入力
信号をデイジタル量に変換してデイジタル入力マ
ルチプレクサー8に加える。すなわち、測定基準
時(非定常熱線法においては時間t1、ラプラス積
分法においては加熱開始時点t=0)における試
料の温度T(またはτ0)に対応する信号の入力量
をXとすると、初段増幅器3から増幅出力される
入力量Xは逆位相となるために−n1Xとなり、更
に次段増幅器4から増幅出力される入力量−n1X
はアナログ計測回路1への入力時と同位相となる
ためにn1n2Xとなつてデイジタル処理部2のA/
Dコンバータ13へ入力されるのである。デイジ
タル入力マルチプレクサー8には、熱物性値測定
のために必要な定数値(例えば前述の(1)式、(2)式
のq、A,Bに相当する定数値)が挿入され、ス
タートボタン18によりデイジタル化された入力
信号及び定数値をμ−CPU9に送り込み、ここ
で熱物性値の演算が行われる。なおデイジタル入
力マルチプレクサー8からは試料の加熱回路への
指示も行われる。メモリー装置10には時々刻々
入力する温度変化量が記憶される。
On the other hand, a thermometer 17 composed of an ordinary thermocouple, resistance temperature detector, thermistor, etc. is used in the sample, and an input signal of mV order is applied from the thermometer 17 to the first stage amplifier 3 via a filter 16. The input signal is further amplified by the necessary amount by the next-stage amplifier 4 and applied to the A/D converter 13, where the input signal is converted into a digital quantity and applied to the digital input multiplexer 8. That is, if X is the input amount of the signal corresponding to the temperature T (or τ 0 ) of the sample at the measurement reference time (time t 1 in the unsteady hot wire method, heating start time t = 0 in the Laplace integral method), The input amount X that is amplified and output from the first stage amplifier 3 has an opposite phase, so it becomes -n 1
is in the same phase as the input to the analog measurement circuit 1, so it becomes n 1 n 2
It is input to the D converter 13. Constant values necessary for measuring thermophysical properties (for example, constant values corresponding to q, A, and B in equations (1) and (2) above) are inserted into the digital input multiplexer 8, and the start button is pressed. The input signal and constant value digitized by 18 are sent to μ-CPU 9, where thermophysical property values are calculated. Note that the digital input multiplexer 8 also provides instructions to the sample heating circuit. The memory device 10 stores the amount of temperature change that is input from time to time.

また、入力量n1n2Xはμ−CPUによつて次段増
幅器4による増幅前のn1Xに戻され、デイジタル
出力回路11から帰還回路14を介して加算器5
へ出力される。なお、デイジタル出力回路11か
ら出力される入力量n1Xはアナログ計測回路1へ
の入力時と同位相とし、帰還回路14の途中に設
けたD/Aコンバータ15によつてアナログ量に
再変換されて加算器5へ加えられる。
In addition, the input amount n 1 n 2 X is returned to n 1
Output to. Note that the input quantity n 1 and added to adder 5.

以上はアナログマルチプレクサ7によつてスイ
ツチSW1,SW3を閉に、スイツチSW2,SW4を開
にされた場合の動作であるが、アナログマルチプ
レクサ7によつてスイツチSW1,SW4を閉に、ス
イツチSW2,SW3を開にされた場合の動作を以下
に詳述する。
The above is the operation when the analog multiplexer 7 closes the switches SW 1 and SW 3 and opens the switches SW 2 and SW 4 , but the analog multiplexer 7 closes the switches SW 1 and SW 4 . The operation when the switches SW 2 and SW 3 are opened will be described in detail below.

アナログマルチプレクサ7によつてスイツチ
SW1,SW4が閉じられることで、測定基準時t1
りΔt1経過した(t1+Δt1)における試料の温度
(T+ΔT)に対応する入力量(X+ΔX)が初段
増幅器3を通つて−n1(X+ΔX)に増幅され、
加算器5へ入力される。
Switch by analog multiplexer 7
By closing SW 1 and SW 4 , the input amount (X + ΔX) corresponding to the temperature of the sample (T + ΔT) at (t 1 + Δt 1 ), which is Δt 1 after the measurement reference time t 1 , passes through the first stage amplifier 3 and becomes - amplified by n 1 (X+ΔX),
It is input to adder 5.

しかして、デイジタル処理部2より帰還させら
れた入力量n1Xと、初段増幅器3から加算器5へ
供給された入力量−n1(X+ΔX)とは位相が異
るので、両入力量を加算すると−n1ΔXが残り、
Δt秒経過後の変化量−n1ΔXのみが得られる。
Therefore, since the input amount n 1 When added, −n 1 ΔX remains,
Only the amount of change −n 1 ΔX after Δt seconds has passed is obtained.

すなわち、測定基準時よりΔt秒経過後におけ
る入力量(X+ΔX)より測定基準時tにおける
入力量を減ぜしめてΔXのみを得るプリカツトを
行えるのである。
That is, it is possible to perform a pre-cut to obtain only ΔX by subtracting the input amount at the measurement reference time t from the input amount (X+ΔX) after Δt seconds have elapsed from the measurement reference time.

プリカツトによつて得られた変化量−n1ΔXは
プリカツト増幅器6によつて増幅される際に位相
が反転し、n1n3ΔXとなつてデイジタル処理部2
のA/Dコンバータ13へ出力され、前記同様に
デイジタル入力マルチプレクサー8を通り、μ−
CPU9に加えられ、測定基準時からΔt秒間にお
ける変化量ΔXを用いて熱物性値の演算処理が行
われ、この値を表示装置12にデイジタル表示す
る。
When the amount of change -n 1 ΔX obtained by the pre-cut is amplified by the pre-cut amplifier 6, the phase is inverted, and becomes n 1 n 3 ΔX, which is sent to the digital processing section 2.
It is output to the A/D converter 13 of
The CPU 9 calculates the thermophysical property value using the amount of change ΔX in Δt seconds from the measurement reference time, and displays this value digitally on the display device 12.

なお以上のような演算処理では入力信号X及び
(X+ΔX)は増幅器3,4,6を通るため、こ
れらの入力量は各増幅器のオフセツトドリフトの
影響を受けるが、これを補正するためにはSW1
を閉じて外部信号入力量X及び(X+ΔX)を初
段増幅器3に通して前記の如く演算処理を行つた
後、SW1を開、SW2を閉にしてこのときの回
路系のオフセツトドリフトを読み取り、この差を
取ればオフセツトドリフトの影響を受けない信号
量によつて演算処理を行うことができる。
In addition, in the arithmetic processing described above, the input signals X and (X+ΔX) pass through amplifiers 3, 4, and 6, so these input amounts are affected by the offset drift of each amplifier, but in order to correct this, SW1
is closed and the external signal input amounts X and (X+ΔX) are passed through the first stage amplifier 3 to perform arithmetic processing as described above, then open SW1 and close SW2 to read the offset drift of the circuit system at this time. By taking this difference, arithmetic processing can be performed using a signal amount that is not affected by offset drift.

以上の演算処理を円滑に行わせるためのタイミ
ングチヤートに基いてこれを説明すると、先ずA
区間で外部入力信号をSW1とSW3を閉じるこ
とによりA/Dコンバータ13によつて読み取
り、B区間でSW1を開けてSW2とSW3を閉じ
ることによりA/Dコンバータ13によつて増幅
器3,4のオフセツトドリフトを読み取る。C区
間ではSW2を閉じた状態でSW3を開け、SW4
は閉として且つD/Aコンバータ15を零電圧と
なるようにして(a点)、A/Dコンバータ13
より読み取る。D区間ではSW2を開け、逆に
SW1とSW4を閉じてD/Aコンバータ15に
A区間で読み取つた値をセツトして(b点)、
A/Dコンバータ13により読み取る。
To explain this based on a timing chart for smoothly performing the above calculation processing, first
By closing SW1 and SW3, the external input signal is read by the A/D converter 13, and by opening SW1 and closing SW2 and SW3 in the B interval, the A/D converter 13 reads the external input signal from the amplifiers 3 and 4. Read offset drift. In section C, SW2 is closed, SW3 is opened, and SW4 is closed.
is closed and the D/A converter 15 is set to zero voltage (point a), and the A/D converter 13
Read more. In section D, open SW2 and vice versa.
Close SW1 and SW4, set the value read in section A to the D/A converter 15 (point b),
Read by A/D converter 13.

上記の動作を行なつた後、A区間で読み取つた
データからB区間で読み取つたデータを減じ、更
に入力換算をして測定温度の表示用データとして
用いる。
After performing the above operations, the data read in section B is subtracted from the data read in section A, and the data is converted into input and used as data for displaying the measured temperature.

次にD区間で読み取つたデータからC区間で読
み取つたデータを引いて入力換し、熱物性値演算
で用いる真値を得る。
Next, the data read in section C is subtracted from the data read in section D, and the data is inputted to obtain the true value used in thermophysical property value calculation.

なお、本実施例においては入力量の位相を適宜
反転させて増幅し、互いに逆位相の2量を加算器
によつて加算することでプリカツトを行うものと
したが、これに限定されるものではなく、例えば
減算器を用いてプリカツトを行うように構成する
ことも可能である。
In the present embodiment, the phase of the input quantity is suitably inverted and amplified, and the pre-cut is performed by adding two quantities having mutually opposite phases using an adder, but the present invention is not limited to this. Instead, it is also possible to perform pre-cutting using, for example, a subtracter.

以上説明したように本発明によれば、測定基準
時よりΔt秒経過後における入力量(X+ΔX)か
ら測定基準時tにおける入力量を減ぜしめてΔX
のみを得るプリカツトによつて、熱物性値に用い
る変化量ΔXをアナログ計測回路内で得ることが
できる。したがつて該変化量ΔXを直にデイジタ
ル処理部でアナログ−デイジタル変換することに
より、比較的分解能の低いA/Dコンバータであ
つても、高精度の熱物性値を得るのに十分な精度
で微小な変化量ΔXをデイジタル量に変換できる
のである。
As explained above, according to the present invention, the input amount at the measurement reference time t is subtracted from the input amount (X + ΔX) after Δt seconds have elapsed from the measurement reference time, and ΔX
The amount of change ΔX used for the thermophysical property value can be obtained within the analog measurement circuit by pre-cutting to obtain only the value of the thermophysical property. Therefore, by directly converting the amount of change ΔX from analog to digital in the digital processing section, even with an A/D converter with relatively low resolution, it is possible to obtain accurate thermophysical property values with sufficient accuracy. This allows the minute amount of change ΔX to be converted into a digital amount.

また、入力量Xおよび変化量ΔXがデイジタル
処理部へ導かれた際のアナログ計測回路のオフセ
ツトドリフトをそれぞれデイジタル処理部で読み
取り、そのオフセツトドリフト分を入力量Xおよ
び変化量ΔXから差し引いて、入力量Xおよび変
化量ΔXの値を補正し、補正された変化量ΔXに
よつて熱物性値を得ることで、より測定精度の向
上を期すことが可能となる。
In addition, the offset drift of the analog measurement circuit when the input amount By correcting the values of the input amount X and the amount of change ΔX, and obtaining the thermophysical property value using the corrected amount of change ΔX, it is possible to further improve the measurement accuracy.

さらに、入力量Xおよび変化量ΔXの補正や熱
物性値の掲出等の演算処理はノンドリフト性を有
するデイジタル処理部によつて行うので、上記入
力データの精度向上と相まつて、極めて精度の高
い熱物性値の測定を簡単な回路を用いて行うこと
ができる。
Furthermore, calculation processing such as correction of the input amount Thermophysical property values can be measured using a simple circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は非定常熱線法の原理を説明するための
図、第2図は同上の方法における温度と時間の関
係曲線、第3図はln(時間)と温度上昇の関係曲
線、第4図は改良された非定常熱線法の原理を説
明するための図、第5図はラプラス変換法を用い
た非定常測定法の原理を説明するための図、第6
図は同上の方法における温度と時間の関係曲線、
第7図はこの発明の測定に用いる回路の一例を示
す図、第8図はこの発明の測定におけるタイミン
グチヤートの一例を示す図である。
Figure 1 is a diagram to explain the principle of the unsteady hot wire method, Figure 2 is a relationship curve between temperature and time in the same method, Figure 3 is a relationship curve between ln (time) and temperature rise, and Figure 4 is a diagram to explain the principle of the unsteady hot wire method. is a diagram for explaining the principle of the improved unsteady hot wire method, Figure 5 is a diagram for explaining the principle of the unsteady measurement method using the Laplace transform method, and Figure 6 is a diagram for explaining the principle of the unsteady measurement method using the Laplace transform method.
The figure shows the temperature-time relationship curve in the same method as above.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a circuit used in the measurement of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing an example of a timing chart in the measurement of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発熱源から試料に熱を与え、その熱によつて
試料中に生ずる過渡的温度変化を検出し、その温
度変化をアナログ計測回路へ導き、更にデイジタ
ル処理して演算し、表示する熱物性値の測定法に
おいて、 測定基準時における試料の温度Tに対応する入
力量Xをアナログ計測回路へ導いて増幅した後デ
イジタル処理部でデイジタル量に変換し、更にデ
イジタル処理部にある記憶装置に記憶させ、この
デイジタル化された入力量Xをデイジタル量から
アナログ量へ再変換して前述のアナログ計測回路
へ帰還せしめ、測定基準時よりΔt秒経過後にお
ける試料の温度(T+ΔT)に対応する入力量
(X+ΔX)より前記入力量Xを減ずるプリカツ
トを行い、変化量ΔXのみをデイジタル処理部へ
導くようにするとともに、 上記アナログ計測回路を通してデイジタル処理
部へ入力量Xまたは変化量ΔXを導く際に、アナ
ログ計測回路の入力線を間欠的に短絡させて、入
力量Xおよび変化量ΔXがデイジタル計測回路へ
導かれた際のアナログ計測回路のオフセツトドリ
フトをデイジタル処理部で読み取り、そのオフセ
ツトドリフト分を計測された入力量Xおよび変化
量ΔXから差し引いて、入力量Xおよび変化量
ΔXを補正し、補正された変化量ΔXに基づいて
デイジタル処理部に演算処理を行わせ、試料の熱
物性値を得るようにしたことを特徴とする熱物性
値の測定法。
[Claims] 1 Heat is applied to the sample from a heat source, a transient temperature change that occurs in the sample due to the heat is detected, the temperature change is guided to an analog measurement circuit, and further digitally processed and calculated. In the method of measuring thermophysical property values to be displayed, an input quantity X corresponding to the temperature T of the sample at the time of measurement reference is led to an analog measuring circuit, amplified, converted to a digital quantity by a digital processing part, and then sent to a digital processing part. The digitized input quantity X is stored in a storage device, reconverted from digital quantity to analog quantity, and fed back to the analog measuring circuit described above, and the temperature of the sample (T + ΔT) after Δt seconds has elapsed from the measurement reference time. A pre-cut is performed to subtract the input amount X from the input amount (X+ΔX) corresponding to , so that only the change amount ΔX is guided to the digital processing section, and the input amount X or the change amount ΔX is sent to the digital processing section through the analog measuring circuit. When deriving , the input line of the analog measurement circuit is intermittently short-circuited, and the offset drift of the analog measurement circuit when the input amount X and the variation ΔX are led to the digital measurement circuit is read by the digital processing section. Subtracting the offset drift from the measured input amount X and change amount ΔX, correcting the input amount A method for measuring thermophysical property values, characterized in that the thermophysical property values of a sample are obtained.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5594121A (en) * 1979-01-12 1980-07-17 Gadelius Kk Overheating detector for rotary regenerative heat exchanger
JPS5643522A (en) * 1979-09-17 1981-04-22 Shiro Okamura Temperature measuring instrument

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