JPH04125458A - 熱電能測定器およびその測定方法 - Google Patents
熱電能測定器およびその測定方法Info
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- JPH04125458A JPH04125458A JP2244027A JP24402790A JPH04125458A JP H04125458 A JPH04125458 A JP H04125458A JP 2244027 A JP2244027 A JP 2244027A JP 24402790 A JP24402790 A JP 24402790A JP H04125458 A JPH04125458 A JP H04125458A
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
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。
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〕
本発明は熱電能（ゼーベック係数）の測定器および測定
方法に関する。
方法に関する。
半導体集積回路が高集積度化するに従い、動作時の発熱
が問題になっている。発熱の形態には、主としてジュー
ル発熱とベルチェ発熱とがある。
が問題になっている。発熱の形態には、主としてジュー
ル発熱とベルチェ発熱とがある。
ペルチェ発熱は異種材料の界面に発生する局所的な発熱
であり、熱応力発生の原因となる。ペルチェ発熱は材料
のペルチェ係数の差に比例し、ペルチェ係数は熱電能（
ゼーベック係数）に比例する。
であり、熱応力発生の原因となる。ペルチェ発熱は材料
のペルチェ係数の差に比例し、ペルチェ係数は熱電能（
ゼーベック係数）に比例する。
従って、半導体回路設計上、熱電能は重要な物性値であ
り、その高精度な測定方法が望まれている。
り、その高精度な測定方法が望まれている。
一般に、熱電能の測定し、Ｒｅｖ、 Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔ
ｒｕｍ。
ｒｕｍ。
５７ （２）、 １９８６に記載のように、測定対象物
の少なくとも一点を加熱もしくは冷却し、測定対象物の
二点間に発生する熱起電力と温度差を、測定対象物に接
触させた電極と熱電対により測定する。
の少なくとも一点を加熱もしくは冷却し、測定対象物の
二点間に発生する熱起電力と温度差を、測定対象物に接
触させた電極と熱電対により測定する。
しかし、電極と測定対象物の接点、熱電対と測定対象物
の接点における放熱条件の違いから、電極の接する部分
と熱電対の接する部分の温度が一致しないことが多い。
の接点における放熱条件の違いから、電極の接する部分
と熱電対の接する部分の温度が一致しないことが多い。
一般に測定対象物には５〜１０°Ｃ程度の温度差をつけ
て熱起電力を測定することが多いが、熱起電力測定点の
温度が温度測定点の温度と異なるために、熱電能に換算
して２０〜３０％の測定誤差が生じる場合もある。
て熱起電力を測定することが多いが、熱起電力測定点の
温度が温度測定点の温度と異なるために、熱電能に換算
して２０〜３０％の測定誤差が生じる場合もある。
また、電極と測定対象物との間の接触性を良くするため
に、加重をかけるが、薄板あるいは薄板上に形成した薄
膜を測定対象物とする場合、測定対象物と固定板との間
の熱膨張率の違いから熱応力が発生し、測定対象物を破
損すること場合もある。
に、加重をかけるが、薄板あるいは薄板上に形成した薄
膜を測定対象物とする場合、測定対象物と固定板との間
の熱膨張率の違いから熱応力が発生し、測定対象物を破
損すること場合もある。
本発明の第一の目的は、温度測定点と熱起電力測定点と
を一致させ、上記の測定誤差が生じない熱電能測定器を
提供することにある。
を一致させ、上記の測定誤差が生じない熱電能測定器を
提供することにある。
本発明の第二の目的は、測定対象物に熱応力がほとんど
発生しない熱電能測定器を提供することにある。
発生しない熱電能測定器を提供することにある。
本発明の第三の目的は、温度測定点と熱起電力測定点と
を一致させ、上記の測定誤差が生じない熱電能測定方法
を提供することにある。
を一致させ、上記の測定誤差が生じない熱電能測定方法
を提供することにある。
上記第一の目的を達成する手段は、測定対象物に装着す
る熱電対に温度測定と電圧測定の役割を兼用させること
である。
る熱電対に温度測定と電圧測定の役割を兼用させること
である。
上記第二の目的を達成する第一の手段は、測定−４＝
対象物の一端のみを固定し、他は自由に変形できるよう
にすることである。
にすることである。
上記第二の目的を達成する第二の手段は、測定対象物を
固定することなく、光学的手段により測定対象物の一端
を加熱することである。
固定することなく、光学的手段により測定対象物の一端
を加熱することである。
上記第三の目的を達成する手段は、熱電対に温度測定と
電圧測定の役割を兼用させ、二組のリード線間の電圧か
ら、リード線に生じる熱起電力を減じることにより、測
定対象物に発生する真の熱起電力を求め、その値と熱電
対から求めた温度差により熱電能を導出することである
。
電圧測定の役割を兼用させ、二組のリード線間の電圧か
ら、リード線に生じる熱起電力を減じることにより、測
定対象物に発生する真の熱起電力を求め、その値と熱電
対から求めた温度差により熱電能を導出することである
。
第一の手段によれば、温度測定点と熱起電力測定点とを
一致させることが可能である。この原理を第３図を用い
て説明する。第３図は、測定対象物１に二組の熱電対（
リード線１１とリード線１２からなる熱電対、リード線
１３とリード線１４からなる熱電対）を装着し、零点補
償器９１〜９４により零点補償をした熱電対出力を電圧
−温度変換器６および８で測定し、リード線１２と１３
の間に生じる電圧を電圧測定器７で測定する構成を示す
。なお零点補償器９１〜９４から出るリード線１５〜２
０は全て同一材料で構成しである。
一致させることが可能である。この原理を第３図を用い
て説明する。第３図は、測定対象物１に二組の熱電対（
リード線１１とリード線１２からなる熱電対、リード線
１３とリード線１４からなる熱電対）を装着し、零点補
償器９１〜９４により零点補償をした熱電対出力を電圧
−温度変換器６および８で測定し、リード線１２と１３
の間に生じる電圧を電圧測定器７で測定する構成を示す
。なお零点補償器９１〜９４から出るリード線１５〜２
０は全て同一材料で構成しである。
この構成の場合、測定対象物の点Ａおよび点Ｂの温度は
、それぞれ電圧−温度変換器６，８により測定できる。
、それぞれ電圧−温度変換器６，８により測定できる。
一方、電圧測定器７により測定される値■は、次の関係
がある。
がある。
Ｖ＝ＶＯ＋Ｖ１２＋Ｖ１３ ・・・（１
）ｖｏ ：測定対象物の点Ａと点８間に発生する熱起電
力 ｖ１２：リード線１２に発生する熱起電力ｖ１３：リー
ド線１３に発生する熱起電力なお、電圧測定器７と零点
補償器９２．９３の間のリード線１７および１８にも熱
起電力は発生するが、電圧測定器７に対しては熱起電力
を互いに打ち消しあうため、■に対する寄与はない。
）ｖｏ ：測定対象物の点Ａと点８間に発生する熱起電
力 ｖ１２：リード線１２に発生する熱起電力ｖ１３：リー
ド線１３に発生する熱起電力なお、電圧測定器７と零点
補償器９２．９３の間のリード線１７および１８にも熱
起電力は発生するが、電圧測定器７に対しては熱起電力
を互いに打ち消しあうため、■に対する寄与はない。
Ｖｏ を求めるためには、Ｖ１２． Ｖ２１を求める必
要がある。Ｖ１２は電圧−温度変換器６への入力値（Ｖ
１１＋Ｖ１２）から算出でき（ｖｌｌとＶ１２（７１比
は既知であるため）、Ｖｓａも同様に電圧−温度変換器
８への入力値（Ｖ１３＋Ｖ１４）から算出できる。
要がある。Ｖ１２は電圧−温度変換器６への入力値（Ｖ
１１＋Ｖ１２）から算出でき（ｖｌｌとＶ１２（７１比
は既知であるため）、Ｖｓａも同様に電圧−温度変換器
８への入力値（Ｖ１３＋Ｖ１４）から算出できる。
こうして求めたＶ １２ 、 Ｖ ｔ ａと電圧測定器
７で測定した■の値を（１）式に代入し、測定対象物の
点Ａと点Ｂの間に生じる熱起電力Ｖｏ を求めることが
できる。以上の様に、第一の手段により、温度測定点と
熱起電力測定点とを一致させた測定器を構成できる。
７で測定した■の値を（１）式に代入し、測定対象物の
点Ａと点Ｂの間に生じる熱起電力Ｖｏ を求めることが
できる。以上の様に、第一の手段により、温度測定点と
熱起電力測定点とを一致させた測定器を構成できる。
第二の手段では、測定対象物の一端のみを固定し、加熱
もしくは冷却を行なうため、膨張あるいは収縮に伴う応
力発生を低減できる。
もしくは冷却を行なうため、膨張あるいは収縮に伴う応
力発生を低減できる。
第三の手段では、測定対象物を固定をすることなく、測
定対象物の一端を加熱できるため、熱膨張に伴う応力発
生を防止できる。
定対象物の一端を加熱できるため、熱膨張に伴う応力発
生を防止できる。
第四の手段も第一の手段と同様に原理により、温度測定
点と熱起電力測定点とを一致させた測定方法を可能にす
る。
点と熱起電力測定点とを一致させた測定方法を可能にす
る。
以下、本発明の詳細な説明する。第１図は、測定対象物
１に温度差をつける手段として、ヒータ２，３、これら
を制御する電源４，５、温度差および熱起電力を測定す
る手段として、リード線１１．１２からなる熱電対、リ
ード線１３．１４からなる熱電対、これらの出力の零点
補償をする零点補償器９１〜９４、熱電対出力を測定し
温度に変換する電圧−温度変換器６，８、リード線間に
発生する電圧を測定する電圧測定器７からなる熱電能測
定器を示す。例えば、リート線１２゜１３には、アルメ
ル線を、リード線１１．１４にはクロメル線、リード線
１５〜２ｏには、銅線をそれぞれ用いる。ヒータ２また
はヒータ３で測定対象物１を加熱し、温度差ならびに熱
起電力を測定することが可能である。また、ヒータの代
りにペルチェ素子を用いることで、測定対象物の一端を
冷却して温度差をつけ、温度差ならびに熱起電力を測定
することも可能である。
１に温度差をつける手段として、ヒータ２，３、これら
を制御する電源４，５、温度差および熱起電力を測定す
る手段として、リード線１１．１２からなる熱電対、リ
ード線１３．１４からなる熱電対、これらの出力の零点
補償をする零点補償器９１〜９４、熱電対出力を測定し
温度に変換する電圧−温度変換器６，８、リード線間に
発生する電圧を測定する電圧測定器７からなる熱電能測
定器を示す。例えば、リート線１２゜１３には、アルメ
ル線を、リード線１１．１４にはクロメル線、リード線
１５〜２ｏには、銅線をそれぞれ用いる。ヒータ２また
はヒータ３で測定対象物１を加熱し、温度差ならびに熱
起電力を測定することが可能である。また、ヒータの代
りにペルチェ素子を用いることで、測定対象物の一端を
冷却して温度差をつけ、温度差ならびに熱起電力を測定
することも可能である。
本発明によれば、温度測定点と熱起電力測定点とを一致
させて測定できるため、従来技術で起こりがちな測定点
の不一致に起因する測定誤差をなくすことができる。
させて測定できるため、従来技術で起こりがちな測定点
の不一致に起因する測定誤差をなくすことができる。
第４図は測定対象物１の固定を一端のみに限定した実施
例である。本発明の場合、ヒータ２によって測定対象物
を加熱しても、測定対象物は熱膨張の制約をほとんど受
けないため、測定対象物が熱応力により破損する可能性
は小さい。
例である。本発明の場合、ヒータ２によって測定対象物
を加熱しても、測定対象物は熱膨張の制約をほとんど受
けないため、測定対象物が熱応力により破損する可能性
は小さい。
第５図は、加熱する手段として、赤外線ランプ５０を使
用する場合を示す。この場合、測定対象物を固定しなく
とも、測定対象物に温度差をつけることが可能であり、
熱応力による破損の可能性はない。
用する場合を示す。この場合、測定対象物を固定しなく
とも、測定対象物に温度差をつけることが可能であり、
熱応力による破損の可能性はない。
第６図は本発明の測定システムを示す。これは、第１図
に示した熱電能測定器に、測定結果のデータ処理と電源
４，５の制御を行なう制御・表示装置３０を接続し、そ
の結果をプリンタ３２、フロップ−ディスク３１に出力
するシステムを示す。
に示した熱電能測定器に、測定結果のデータ処理と電源
４，５の制御を行なう制御・表示装置３０を接続し、そ
の結果をプリンタ３２、フロップ−ディスク３１に出力
するシステムを示す。
本発明によれば、熱電能の計測を自動化できる効果があ
る。
る。
第７図は、本発明の測定方法のフローチャートを示す。
まず、第１図のヒータ２およびヒータ３により測定対象
物１を加熱し、測定対象物に５〜１０度の温度差をつけ
、電圧−温度変換器６および８により測定対象物の二点
の温度Ｔ八、Ｔｎを測定する。次に、電圧測定器７によ
り電圧Ｖを測定し、Ｔ＾、ＴＢの値をもとにリード線１
２と１３に生じている熱起電力値を求め、■からＶ１２
とＶｌａを減じることにより、測定対象物１の点Ａと点
８間に発生している真の熱起電力Ｖｏ を求める。次に
次式に従って、熱電能Ｓを求める。
物１を加熱し、測定対象物に５〜１０度の温度差をつけ
、電圧−温度変換器６および８により測定対象物の二点
の温度Ｔ八、Ｔｎを測定する。次に、電圧測定器７によ
り電圧Ｖを測定し、Ｔ＾、ＴＢの値をもとにリード線１
２と１３に生じている熱起電力値を求め、■からＶ１２
とＶｌａを減じることにより、測定対象物１の点Ａと点
８間に発生している真の熱起電力Ｖｏ を求める。次に
次式に従って、熱電能Ｓを求める。
Ｔ＝ （Ｔ＾−ＴＢ）／２
ところで、第４図の様な実施例の場合、ヒータの接触し
ていない点（点Ｂ）の温度を制御できない。一般には、
高温になるに従い、温度差（Ｔ ＡＴａ）は大きくなる
。（２）式はＴ＾とＴＢの間の平均熱電能を示すが、熱
電能はある温度における単位温度差あたりの熱起電力で
定義される量である。そのため、Ｔ＾−ＴＢが大きくな
ると、（２）式から求めた平均熱電能の値は、真の熱電
能値とは一致しなくなる。そこで、この様な場合は１次
の手法で熱電能を算出する。
ていない点（点Ｂ）の温度を制御できない。一般には、
高温になるに従い、温度差（Ｔ ＡＴａ）は大きくなる
。（２）式はＴ＾とＴＢの間の平均熱電能を示すが、熱
電能はある温度における単位温度差あたりの熱起電力で
定義される量である。そのため、Ｔ＾−ＴＢが大きくな
ると、（２）式から求めた平均熱電能の値は、真の熱電
能値とは一致しなくなる。そこで、この様な場合は１次
の手法で熱電能を算出する。
仮に測定対象物１の一端を加熱するに従い、高温側温度
および低温側温度がそれぞれ第８図のＴｈおよびＴＬの
ように変化したとする。時刻１＋ における測定対象物
の熱起電力をＶ、とじ、ｊ℃からｊ＋１℃の間の平均熱
電能をＳａ、ｕｔとする。この場合、次の方程式を立て
ることができる。
および低温側温度がそれぞれ第８図のＴｈおよびＴＬの
ように変化したとする。時刻１＋ における測定対象物
の熱起電力をＶ、とじ、ｊ℃からｊ＋１℃の間の平均熱
電能をＳａ、ｕｔとする。この場合、次の方程式を立て
ることができる。
ここで
ｊ−１≧Ｔｈの時 ＺＩＪ＝Ｏｊ−１≦Ｔ
ｈ≦ｊの時 ＺｔＪ＝Ｔｈ Ｆ−１）Ｔし≦
ｊ−１かつｊ≦Ｔｈの時 ＺＩＪ＝１ｊ−１≦ＴＬ≦ｊ
の時 Ｚ＋Ｊ＝ｊ ＴＬｊ≦ＴＬの時
ＺＩＪ＝０である。（３）式を解き、未知
数である熱電能１ｌ− ８ｏ、ｉ〜Ｓ ｎ−１，ｎを求めることが可能である。
ｈ≦ｊの時 ＺｔＪ＝Ｔｈ Ｆ−１）Ｔし≦
ｊ−１かつｊ≦Ｔｈの時 ＺＩＪ＝１ｊ−１≦ＴＬ≦ｊ
の時 Ｚ＋Ｊ＝ｊ ＴＬｊ≦ＴＬの時
ＺＩＪ＝０である。（３）式を解き、未知
数である熱電能１ｌ− ８ｏ、ｉ〜Ｓ ｎ−１，ｎを求めることが可能である。
本発明によれば、ＴＡ ＴＢが大きくなる場合にも、
未知数Ｓのきざみ幅（上の例では１℃）を小さくとり、
Ｓの個数分の熱起電力■、を測定することにより、高精
度に熱電能を求めることができる。
未知数Ｓのきざみ幅（上の例では１℃）を小さくとり、
Ｓの個数分の熱起電力■、を測定することにより、高精
度に熱電能を求めることができる。
本発明によれば、測定対象物の温度測定点と熱起電力測
定点とを一致させることができるため、熱電能を高精度
に測定することができる。
定点とを一致させることができるため、熱電能を高精度
に測定することができる。
第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は従来技術
の説明図、第３図は本発明の詳細な説明図、第４図ない
し第６図は他の実施例の説明図、第７図は本発明の測定
方法のフローチャート、第８図は測定対象物に生じる温
度差の一例を示す特性図である。 １・・・測定対象物、２，３・・ヒータ、２１・・止め
具、４．５・・・電源、６，８・・・電圧−温度変換器
、７電圧測定器、１１〜２０ ・リード線、３０・・・
制御・表示装置、３１ フロッピーディスク、 ３２・ プリンタ、４０ ・・支持板、 赤外線ランプ、 ］ 第 口 第２ 昭 ／ −一一剣史灯象勿 ｚ、３−ｍ−ヒータ 婦−１纒 乙、８− 電属Ｉ膿麦挾各 ７−質／ｆ履九界 ／ｌ−号一−リードぢ〜１； （ｂ） 傳 覧 第 ん 圓 ２／−土ぬ甚 ３θ−制岬−＃装置 ３１−一−フロアツディスク ３２−−−デソンタ ｈムロ／Ｌ 励しジ蝕＃自ｇ 第 図
の説明図、第３図は本発明の詳細な説明図、第４図ない
し第６図は他の実施例の説明図、第７図は本発明の測定
方法のフローチャート、第８図は測定対象物に生じる温
度差の一例を示す特性図である。 １・・・測定対象物、２，３・・ヒータ、２１・・止め
具、４．５・・・電源、６，８・・・電圧−温度変換器
、７電圧測定器、１１〜２０ ・リード線、３０・・・
制御・表示装置、３１ フロッピーディスク、 ３２・ プリンタ、４０ ・・支持板、 赤外線ランプ、 ］ 第 口 第２ 昭 ／ −一一剣史灯象勿 ｚ、３−ｍ−ヒータ 婦−１纒 乙、８− 電属Ｉ膿麦挾各 ７−質／ｆ履九界 ／ｌ−号一−リードぢ〜１； （ｂ） 傳 覧 第 ん 圓 ２／−土ぬ甚 ３θ−制岬−＃装置 ３１−一−フロアツディスク ３２−−−デソンタ ｈムロ／Ｌ 励しジ蝕＃自ｇ 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、測定対象物の少なくとも一端を加熱もしくは冷却し
、測定対象物に生じる熱起電力および温度差を測定し、
熱電能を求める測定器において、測定対象物に装着する
複数組の熱電対、熱電対に接続した零点補償器、前記零
点補償器に接続した電圧−温度変換器、前記零点補償器
に接続した電圧測定器、前記測定対象物の加熱手段もし
くは冷却手段により構成したことを特徴とする熱電能測
定器。 ２、請求項１において、前記測定対象物の一端のみを固
定して測定する熱電能測定器。 ３、請求項１において、前記加熱手段として、赤外線ラ
ンプを用いる熱電能測定器。 ４、測定対象物の少なくとも一端を加熱もしくは冷却し
、前記測定対象物に生じる熱起電力および温度差を測定
し、熱電能を求める測定方法において、 前記測定対象物に装着する複数組の熱電対、前記熱電対
に接続した零点補償器、前記零点補償器に接続した電圧
−温度変換器、前記零点補償器に接続した電圧測定器、
前記測定対象物の加熱手段もしくは冷却手段により構成
した熱電能測定器を用いて、前記測定対象物に発生する
熱起電力を、前記電圧測定器の測定結果から、各熱電対
線に発生する熱起電力を減じることによつて算出し、こ
の値と前記電圧−温度変換器による求めた温度差とから
、熱電能を算出することを特徴とする熱電能測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2244027A JPH04125458A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 熱電能測定器およびその測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2244027A JPH04125458A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 熱電能測定器およびその測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04125458A true JPH04125458A (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=17112623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2244027A Pending JPH04125458A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 熱電能測定器およびその測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04125458A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004165233A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ゼーベック係数測定装置 |
| JP2019056644A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-11 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 熱物性測定装置及び熱物性測定方法 |
| JP2020128914A (ja) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | 国立大学法人大阪大学 | 走査型プローブ顕微鏡用試料ホルダ、走査型プローブ顕微鏡、およびゼーベック係数算出方法 |
-
1990
- 1990-09-17 JP JP2244027A patent/JPH04125458A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004165233A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ゼーベック係数測定装置 |
| JP2019056644A (ja) * | 2017-09-21 | 2019-04-11 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 熱物性測定装置及び熱物性測定方法 |
| JP2020128914A (ja) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | 国立大学法人大阪大学 | 走査型プローブ顕微鏡用試料ホルダ、走査型プローブ顕微鏡、およびゼーベック係数算出方法 |
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