JPH04115581A - 熱流束計 - Google Patents

熱流束計

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JPH04115581A
JPH04115581A JP2236787A JP23678790A JPH04115581A JP H04115581 A JPH04115581 A JP H04115581A JP 2236787 A JP2236787 A JP 2236787A JP 23678790 A JP23678790 A JP 23678790A JP H04115581 A JPH04115581 A JP H04115581A
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JP
Japan
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layer
thermoelectromotive force
layers
heat flux
force material
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Pending
Application number
JP2236787A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Yamamoto
義明 山本
Hisaaki Gyoten
久朗 行天
Fumitoshi Nishiwaki
文俊 西脇
Yasushi Nakagiri
康司 中桐
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明ζよ 工業用機器からの放熱量の測定や熱ロスの
監視を行なう熱流束計に関する。
従来の技術 従来 熱流束計は第3図に示す様番へ 熱伝導率が既知
である平板】の上面と下面とに熱電対2を形成し その
周囲を絶縁体3で保護したものが用いられている。熱電
対2(よ 複数の熱電対4を多数直列に結んだもので、
材料として(よ 銅とコンスタンタンまたはクロメルと
アルメル等が用いられている。熱電対4の接点はスポッ
ト溶接されており、平板1の上面と下面に位置し 上面
と下面の温度差で起電力が発生する。したがって、熱電
対2の両端には 熱電対4の1つあたりの起電力に熱電
対4の数を乗じた電圧が得られる。この電圧を測定して
、平板1の上面下面の温度差を算出L 平板1の熱伝導
率を考慮することにより熱流束を求めていも 発明が解決しようとする課題 しかしなが収 このような熱流束計は 使用している熱
電対4の素線径が大きいことか叙1、絶縁体3が厚くな
ることにより、測定すべき部分の伝熱条件と熱流束計設
置部分の伝熱条件が異なり、正確な放熱等が測定できな
(℃2、熱電対4の接点位置は平板1と接触する場合と
離れる場合があり、温度差の測定に誤差を生じる。
等の問題があっ九 本発明(上 上記課題を解決するもので、測定すべき部
分の伝熱条件に影響を与えずミ かつ誤差のない熱流束
計を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため番へ  絶縁性基板上
に形成された複数個の第1の導電体層と、その複数個の
それぞれの第1の導電体層の上に形成された複数個の高
熱起電力材料層と、その複数個のそれぞれの高熱起電力
材料層の一方の側面端部に形成された第1の絶縁層と他
方の側面端部に形成されかつその一方の端部が前述の複
数個の第1の導電体層の間を通り前述の絶縁性基板に延
びた第2の絶縁層と、 前述の複数個のそれぞれの高熱起電力材料層の上に形成
されかつその一方の端部が、 隣接する高熱起電力材料
層とそれぞれ直列に接続するために前述の第1および第
2の絶縁層の間を通り、隣接する第1の導電体層の端部
に接続された第2の導電体層とを有する構成よりなる。
作用 本発明は上記構成により、薄膜で形成された熱流束計は
薄く構成することが可能であり、熱流束計全体の熱抵抗
が小さくなり、測定すべき部分の伝熱条件への影響が極
めて少なくなる。また温度差を測定する距離力(高熱起
電力材料の膜厚により決定されることか収 位置による
誤差が生じない等により、測定すべき部分の伝熱条件に
影響を与え慣 かつ誤差が抑制されも 実施例 以下に本発明による実施例を図面により説明すも 第1
図は本発明の第1の実施例であり、熱流束計の断面構成
を示すものであa 絶縁性基板11の片面にCよ 第1の導電体層12が多
数並んでおり2 その上部には高熱起電力材料層13が
位置している。高熱起電力材料層13の上部に(よ 第
2の導電体層14が位置し 第2の導電体層14は隣接
する第1の導電体層12と電気的に結ばれている。導電
体層12および14の材料としては 電気抵抗の小さい
銅またはアルミニウムが用いられる。導電体層12と高
熱起電力材料層13との界面15および高熱起電力材料
層13と導電体層14との界面16は 真空装置内にお
いて順に成膜されるためへ 電気的および熱的な接触抵
抗は極めて小さし℃ 導電体層14j1膜厚方向に変形
した形状とする必要があるが、 ステップカバレージの
大きい成膜法を使用することで容易に形成可能であム 
界面15および16以外の部分、つまり 高熱起電力材
料層13の端部は 電気的に導電体層14と導通しない
よう番ミ第1の絶縁層17および第2の絶縁層18が位
置している。絶縁層17および18(よ 測定する熱流
束への影響が少なくなるように 高熱起電力材料層13
の熱伝導率と同等の熱伝導率を有する材料が用いられる
。したがって、各高熱起電力材料層13(よ 導電体層
12および14を介して直列に接続されている。熱流束
計の上部1よ 絶縁性の保護膜19で覆われている。各
部の膜厚1よ 導電体層12および14が数百から数千
人、高熱起電力材料層13が数千人から数十ミクロンで
ある。
また 熱流束計全体の厚みも数十ミクロン程度である。
このように構成された熱流束計を、図面の上下方向に流
れる熱流束の測定に使用する。これにより、界面15お
よび16には熱流束に比例した温度差が生じる。界面1
5および16は異種金属で形成されていることか仮 起
電力が生じる。このとき、高熱起電力材料層13は直列
に並んでいることから、熱流束計の両端にCt  高熱
起電力材料層13の1つあたりの起電力に素子数を乗じ
た起電力が生じることになる。
ここで、生じる起電力の値を示す。高熱起電力材料層1
3のゼーベック係数を10mV/K、熱伝導率を5 W
 / m K、膜厚を5μmとする。熱流束をq、素子
数を100とすると、起電力E tiE=10−’・q
 (V) で与えられる。起電力を測定する電圧計の分解能を10
μVとすると、測定できる熱流束の分解能(よ IOW
/m2である。つまり、実用的な熱流束の測定に対して
充分な分解能を得ることができる。
一般的に使用されるq= 1000W/m2における高
熱起電力材料層13の両端の温度差1よ 1101de
であり、熱流束計の全体の温度差も同様に低Ly  し
たがって、本発明による熱流速計を設置した場合に 熱
流速計設置による測定部の伝熱条件への影響はほとんど
生じなく、正確な熱流速が計測できる。また 界面15
と16の距離(よ 高熱起電力材料層13の膜厚のみで
決定されることか収 測定位置による測定誤差は皆無に
等しく一以上のように本発明においては 高熱起電力材
料層および導電体層を薄く構成することにより、測定す
べき部分の伝熱条件に影響を与えず、かつ誤差のない熱
流束計が提供される。
第2図は本発明の第2の実施例であり、熱流束計の断面
構成を示すものである。
絶縁性基・板21の片面に(よ 第1の導電体層22が
多数並んでおり、その上部には一対のP型窩熱起電力材
料層23とN型高熱起電力材料層24が位置していも 
高熱起電力材料層23および24の上部には第2の導電
体層25が位置LP型嵩高熱起電力材料層3の上部に位
置する導電体層25は隣接する第1の導電体層22の上
部に位置するN型高熱起電力材料層24と電気的に結ば
れている。まf−N型高熱起電力材料層24の上部に位
置する導電体層25は隣接する導電体層22の上部に位
置するP型窩熱起電力材料層23と電気的に結ばれてい
る。導電体層22および25の材料としては 電気抵抗
の小さい銅またはアルミニウムが用いられる。導電体層
22および25と高熱起電力材料層23および24との
界面26から29(友 真空装置内において成膜される
ためCζ電気的および熱的な接触抵抗は極めて小さもも
 界面26から29以外の部分cヨ  電気的に導通し
ないよう番二 第1の絶縁層30および第2の絶縁層3
1が位置している。絶縁層30および31(上側室する
熱流束への影響が少なくなるように 高熱起電力材料層
23および24の熱伝導率と同等の熱伝導率を有する材
料が用いられる。したがって、各高熱起電力材料層23
および24(瓜 導電体層22および25を介して直列
に接続されている。熱流束計の上部(主 絶縁性の保護
膜32で覆われている。各部の膜厚は 導電体層22お
よび25が数百から数千人、高熱起電力材料層23およ
び24が数千人から数十ミクロンである。また熱流速計
全体の厚みも数十ミクロン程度である。
このように構成された熱流束計を、図面の上下方向に流
れる熱流束の測定に使用す4 これにより、界面26と
27の間および界面28と29の間には熱流束に比例し
た温度差が生じる。界面26から29は異種金属で形成
されていることから、起電力が生じる。このとき、高熱
起電力材料層23と24は直列よ かつ、交互に並んで
いることか収 熱流束計の両端に(よ 高熱起電力材料
層23および24の1つあたりの起電力に素子数を乗じ
た起電力が生じることになる。用いる高熱起電力材料層
23と24の物性値(よ ゼーベック係数の正負が逆以
外はすべて等しいことが望ましい力丈多少異なっていて
も測定された起電力から正確な熱流束を算出することは
容易であム ここで、生じる起電力の値を示す。高熱超電力材料層2
3と24の物性が等しいとして、ゼーベック係数を±1
0mV/K、熱伝導率を5 W / mK、膜厚を5μ
mとする。熱流束をq、素子数を100とすると、起電
力E(よ E=10−’・q (V) で与えられる。起電力を測定する電圧計の分解能を10
μVとすると、測定できる熱流束の分解能EL  10
W/m2である。つまり、実用的な熱流束の測定に対し
て充分な分解能を得ることができる。
一般的に使用されるq = ]、 000 W/m2に
おける高熱起電力材料層23および24の両端の温度差
1;1 10−”degであり、熱流束計の全体の温度
差も同様に低Ly  したがって、本発明による熱流束
計を設置した場合に 熱流束計設置による測定部の伝熱
条件への影響はほとんど生じなく、正確な熱流束が計測
できる。また 界面26と27の距離および界面28と
29の距離(友 高熱起電力材料層23および24の膜
厚のみで決定されることか収 膜厚の分布を制御するこ
とにより、測定位置による測定誤差は皆無に等しく一 以上のように本発明において(よ 高熱起電力材料層お
よび導電体層を薄く構成することにより、測定すべき部
分の伝熱条件に影響を与えず、かつ誤差のない熱流束計
が提供される。
発明の効果 以上の実施例から明らかなように本発明によれは 絶縁
性基板の上に形成された複数個の第1の導電体層と、 その複数個のそれぞれの第1の導電体層の上に形成され
た複数個の高熱起電力材料層と、その複数個のそれぞれ
の高熱起電力材料層の一方の側面端部に形成された第1
の絶縁層と他方の側面端部に形成されかつその一方の端
部が前述の複数個の第1の導電体層の間を通り前述の絶
縁性基板に延びた第2の絶縁層と、 前述の複数個のそれぞれの高熱起電力材料層の上に形成
されかつその一方の端部が、 隣接する高熱起電力材料
層とそれぞれ直列に接続するために前述の第1および第
2の絶縁層の間を通り、隣接する第1の導電体層の端部
に接続された第2の導電体層とを有する構成よりなるの
で、熱抵抗が小さく、測定すべき部分の伝熱条件への影
響が極めて少なくて、正確な測定ができて、温度差を測
定する距離が高熱起電力材料層の膜厚により決定されて
、位置による誤差が生じなt、k  小型へ 正確な熱
流束計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の熱流束計の断面医 第
2図は本発明の第2の実施例の熱流束計の断面医 第3
図は従来の熱流束計の斜視図であム 11・・・絶縁性基板、12・・・第1の導電体層 1
3・・・高熱起電力材料層14・・・第2の導電体層I
7・・・第1の絶縁層 18・・・第2の絶縁胤 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか2名第 図 第 図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性基板上に形成された複数個の第1の導電体
    層と、 その複数個のそれぞれの第1の導電体層の上に形成され
    た複数個の高熱起電力材料層と、 その複数個のそれぞれの高熱起電力材料層の一方の側面
    端部に形成された第1の絶縁層と他方の側面端部に形成
    されかつその一方の端部が前記複数個の第1の導電体層
    の間を通り前記絶縁性基板に延びた第2の絶縁層と、 前記複数個のそれぞれの高熱起電力材料層の上に形成さ
    れかつその一方の端部が、隣接する高熱起電力材料層と
    それぞれ直列に接続するために前記第1および第2の絶
    縁層の間を通り、隣接する第1の導電体層の端部に接続
    された第2の導電体層とを有する熱流束計。
  2. (2)絶縁性基板上に形成された複数個の第1の導電体
    層と、 その第1の導電体層の上に、それぞれ一つの第1の導電
    体層の上にP型およびN型の一対が一定の間隙をあけて
    並ぶように順次P型およびN型の対が繰り返して形成さ
    れた複数個の高熱起電力材料層と、 そのP型およびN型の高熱起電力材料層の間に形成され
    かつ一方の端部が前記第1の導電体層の間を通り前記絶
    縁性基板に延びた第1の絶縁層と一方の端部が前記高熱
    起電力材料層の表面より上に延びた第2の絶縁層と、 その高熱起電力材料層の表面より上に延びた第2の絶縁
    層の間の、前記第1の絶縁層を挟んで、隣接する第1の
    導電体層上に形成されたP型およびN型の高熱起電力材
    料層の上に、その隣接するP型およびN型の高熱起電力
    材料層を直列に接続するため連続して形成された複数個
    の第2の導電体層とを有する熱流束計。
  3. (3)第1および第2の絶縁層の熱伝導率を高熱起電力
    材料層の熱伝導率と同等にした請求項1または2記載の
    熱流束計。
  4. (4)第2の導電体層を含む表面を保護膜で覆った請求
    項1、2または3記載の熱流束計。
JP2236787A 1990-09-05 1990-09-05 熱流束計 Pending JPH04115581A (ja)

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