JPH0579925A

JPH0579925A - 熱流束センサおよび該熱流束センサを用いた熱流束測定器と熱流束測定方法

Info

Publication number: JPH0579925A
Application number: JP24344391A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hayashibara; 光男林原; Asako Koyanagi; 阿佐子小柳; Moriaki Tsukamoto; 守昭塚本; Hisamichi Inoue; 久道井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】熱流束センサを装着することによって生じる
測定対象物の温度分布の変化を能動的に補償可能とす
る。【構成】４個の熱電素子（ペルチェ素子）１は、電極
２１，２２を介して電気的に直列に接続され、基板３１
は、熱伝導度が既知の基板７に接続される。電極２２
は、その両端部を直流電源５に接続される。熱電素子１
は、それぞれ極性の異なる熱電素子であり、直流電源５
より電流を供給することにより、熱電素子の両端で吸熱
あるいは発熱が起こり、基板７を冷却あるいは加熱でき
る。基板７は、その下面に測定対象物に装着され、測定
対象物の表面の温度を測定する第１温度センサ４１と、
基板７の内部の測定対象物の表面に対して第１温度セン
サの鉛直上方の一点の温度を測定する第２温度センサ４
２を設置している。温度センサ４１，４２は、熱電対、
サーミスタなどで形成される温度測定器６に接続してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱流束センサおよび該
熱流束センサを用いた熱流束測定器と熱流束測定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱流束測定子は、たとえば特開昭
５５−５２９２２号公報に記載されているように、該熱
流束測定子内の温度勾配を零にして熱流に対する熱伝導
率の寄与をなくするため、熱流中の高温側表面で吸熱
を、低温側表面で発熱を、各々ペルチェ効果により起こ
す板状形状にしたものが提案されている。

【０００３】また、従来の熱流測定装置は、たとえば、
特開昭５５−９８３２１号公報に記載されているよう
に、熱流束測定素子を、ペルチェ効果により一表面で吸
熱を、他の表面で発熱を起す板状形状にし、ゼーベック
係数の絶対値の大きい発熱物質を熱および電気的に良導
体である吸発熱板で挟持させ、かつ各吸熱発熱板の表面
に接触する少なくとも１個づつ温度測定素子を組み込ん
だもので、測定にさいしては、熱流束を遮るようにして
設置したものである。

【０００４】しかるに、上記従来技術では、いずれも熱
流測定子内の温度勾配を零にして熱流に対する熱伝導率
の寄与をしなくするものであって、上記熱流測定子内の
温度勾配が零になるまでに有限の時間を要し、その間測
定対象物中の温度分布は乱れた状態をしている点につい
て配慮がされておらず、熱流測定素子を接触させるため
の温度分布の乱れを完全には補償できないという問題が
あった。

【０００５】そこで、従来たとえば、朝倉書店発行「工
業計測法ハンドブック第３０６頁熱流測定器」に記載さ
れ、これを図１６（ａ）に示すように、熱伝導度既知の
熱流束センサ１９を測定対象物１８の表面に装着する
か、または図１６（ｂ）に示すように、熱流束センサ１
９を測定対象物１８の内部に装着して熱流束センサ１９
に生じる温度差から熱流束を算出するものが紹介されて
いる。なお、図示のｄは熱流束センサ１９の厚さ、Ｆは
熱流密度である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、熱流束センサ
としては、温度差を得るために、熱伝導度の低い材料を
用いる。そのため、熱流束センサを測定対象物に装着し
た場合、測定対象物の温度分布が変化し、熱流束センサ
に流れる熱流束が変化する。その一例として、たとえば
図１７に示すように、厚さ２ｍｍで長さ２０ｍｍの測定
対象物１８の表面に厚さ２ｍｍの熱流束センサ１９を装
着し、図１８に示す条件で測定対象物１８の温度分布変
化を解析した結果を図１９に示す。その（ａ）は、熱流
束センサ１９を装着する前の測定対象物１８の断面の温
度分布を等温線で示し、その（ｂ）は、その（ｃ）に示
すように、測定対象物１８側表面の近傍位置に温度セン
サ４１を設置した熱流束センサ１９を測定対象物１８の
表面に装着したときの測定対象物１８の断面の温度分布
を等温線にて示す。（ａ）と（ｂ）とから明らかなよう
に、（ａ）の場合は、等温線が平行になっているのに対
し、（ｂ）の場合には、熱流束センサ１９の直下部分の
等温線が変化している。また、測定対象物１８内の温度
分布から熱流束を算出すると、熱流束センサ１９装着前
は約０．０８７Ｗ／ｃｍ²であるのに対し、熱流束セン
サ装着後は約０．０７０Ｗ／ｃｍ²であった。

【０００７】このことは、熱流束センサ１９を装着する
ことによって熱流束が約２５％低下することを意味し、
この熱流束値が熱流束センサ１９により測定される。

【０００８】また、熱流束の測定対象物の多くは一般に
金属材料にて構成されている。そのため、熱流束センサ
と測定対象物との熱伝導度の差は一般に大きく、ほとん
どの場合、温度分布変化の補正が必要である。しかもこ
の補正量は、測定対象物の形状、材質、寸法、温度条件
などによって異なるため、従来は、測定条件をその都度
解析し、解析結果から真の熱流束を算出する方法が実施
されている。

【０００９】しかるに、上記従来技術では、条件の異な
る多数の測定対象物を測定する場合、解析に非常に多く
の労力を費やし、かつ測定結果を得るまでに、多くの時
間を要するという問題があった。

【００１０】本発明の第１の目的は、熱流束センサを装
着することによって生じる測定対象物の温度分布の変化
を能動的に補償可能とする熱流束センサを提供すること
にある。

【００１１】本発明の第２の目的は、上記熱流束センサ
を用いた熱流束測定器を提供することにある。

【００１２】本発明の第３の目的は、上記熱流束センサ
を用いた熱流束測定方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、第１の発明の熱流束センサは、熱伝導度が既
知の基板と、該基板に設置し、該基板が接触する測定対
象物の表面温度を測定する第１温度センサと、前記基板
に設置し、該基板の温度を測定する第２温度センサと、
前記基板に設置し、電流を流したとき、素子の一端が冷
却され、別の一端が加熱される熱電素子とから構成され
たものである。

【００１４】また、上記第１の目的を達成するために、
第２の発明の熱流束センサは、熱伝導度が既知の基板
と、該基板に設置し、該基板に接触する測定対象物の表
面温度を測定する第１温度センサと、前記基板に設置
し、該基板の温度を測定する第２温度センサと、前記基
板に設置し、電流を流したとき、素子の一端が冷却さ
れ、別の一端が加熱される熱電素子と、前記基板および
前記熱電素子の端部に設置し、端面からの放熱を押える
絶縁材とから構成されたものである。

【００１５】また、第３の発明の熱流束センサは、前記
基板を複数個に分割し、該基板にそれぞれ設置された熱
電素子に分割された該基板毎に独立に電流を流せるよう
に構成したものである。

【００１６】また、上記第２の目的を達成するために、
第４の発明の熱流束測定器は、熱伝導度が既知の基板
と、該基板に設置するとともに、温度測定器に接続し、
該基板に接触する測定対象物の表面温度を測定する第１
温度センサと、前記基板に設置するとともに、温度測定
器に接続し、該基板の温度を測定する第２温度センサ
と、前記基板に設置するとともに、電源に接続し、該電
源よりの電流の一端が冷却され、別の一端が加熱される
熱電素子とから構成されたものである。

【００１７】また、上記第２の目的を達成するために、
第５の発明の熱流束測定器は、熱伝導度が既知の基板
と、前記基板に設置するとともに、温度測定器および電
圧測定器に接続し、該基板に接触する測定対象物の表面
温度を測定するとともに、後述の第２熱電素子の下端部
の電圧を測定する第１温度センサと、前記基板上に上下
方向に設置し、その上方側には、電源に接続し、該電源
よりの電流の供給により素子の一端（上端部もしくは下
端部）が冷却され、別の一端（下端部もしくは上端部）
が加熱される第１熱電素子と、その下方側には、上端部
を電圧測定器に接続するとともに、第２温度センサを介
して温度測定器に接続し、上下両端部の温度差により電
圧を発生する第２熱電素子とから構成されたものであ
る。

【００１８】上記第３の目的を達成するために、第６の
発明の熱流束測定方法は、熱伝導度が既知の基板と、該
基板に設置するとともに、温度測定器に接続する第１、
第２温度センサと、前記基板に設置するとともに、電源
に接続する熱電素子とからなる熱流束測定器を用い、該
熱流束測定器の前記基板を測定対象物の表面に装着し、
前記第１温度センサによる前記測定対象物の測定表面温
度があらかじめ測定した前記測定対象物の表面温度にな
るように前記電源から前記熱電素子に電流を流し、前記
第１温度センサによる前記測定対象物の表面温度があら
かじめ測定した温度に達したとき、第１温度センサによ
る測定温度と前記第２温度センサによる測定温度との差
から前記測定対象物の熱流束を求めるものである。

【００１９】上記第３の目的を達成するために、第７の
発明の熱流束測定方法は、熱伝導度が既知の基板と、該
基板に設置するとともに温度測定器および電圧測定器に
接続する第１温度センサと、前記基板上に上下方向に設
置し、その上方側に、電源に接続する第１熱電素子と、
その下方側に電圧測定器に接続する第２熱電素子とから
なる熱流束測定器を用い、該熱流束測定器の前記基板を
測定対象物の表面に装着し、前記第１温度センサによる
前記測定対象物の表面温度があらかじめ測定した前記測
定対象物の表面温度になるように前記電源から前記第１
熱電素子に電流を流し、前記第１温度センサによる前記
測定対象物の表面温度があらかじめ測定した温度に達し
たとき、前記第２熱電素子の上下両端部の温度差により
発生する電圧から前記測定対象物の熱流束を求めるもの
である。

【００２０】

【作用】第１の発明によれば、測定対象物の表面に接触
する基板の温度を熱電素子により制御し、測定対象物の
表面温度があらかじめ測定した温度に達したとき、測定
対象物の表面温度と基板の温度差から測定対象物の熱流
束を求めるので、測定対象物の表面温度を補償すること
ができ、かつ測定対象物の熱流束を高精度に測定でき
る。また、温度制御手段として熱電素子（ペルチェ素
子）を用いるため、冷却、加熱を任意に制御性良く行う
ことができるので、種々の材料、寸法、環境における測
定対象物の温度分布を補償することができる。

【００２１】第２の発明によれば、断熱材を装着してい
るので、熱の流れを特定の方向に制御することができ、
これによってさらに測定対象物の温度分布をあらかじめ
測定した温度分布に補償することができる。

【００２２】第３の発明によれば、測定対象物表面の多
数の位置における温度分布を補償することができるの
で、測定対象物の熱流束をさらに高精度に測定すること
ができる。

【００２３】第４の発明によれば、種々の材料、寸法、
環境における測定対象物の温度分を補償できるので、広
範囲の用途に適用できる。この場合、温度の測定結果を
Ｔ₁およびＴ₂とすると、熱流束は、つぎの式１で与えら
れる。

【００２４】ｑ＝ｋ（Ｔ₁−Ｔ₂）／ｄ …（１）ｑ：熱流束（Ｗ／ｃｍ²）ｋ：基板の熱伝導度（Ｗ／ｃｍ ℃）Ｔ₁ ：温度センサ１の示す温度Ｔ₂ ：温度センサ２の示す温度ｄ：温度センサ１および２の距離第５の発明によれば、熱流束が小さく、温度センサ間の
温度差が小さい場合における熱流束を容易に測定するこ
とができる。この場合の熱流束ｑと第２熱電素子の出力
電圧Ｖの間には、つぎの式２の関係があるため、ｑ＝αＶ …（２） α ：定数（Ｗ／ｃｍ²Ｖ）ｑ：熱流束（Ｗ／ｃｍ² ）Ｖ：熱電素子出力電圧（Ｖ）あらかじめ、定数αを実験的に求めておくことで、熱流
束を測定できる。

【００２５】第６の発明によれば、解析などを必要とせ
ずに測定結果から瞬時に熱流束を知ることができる。

【００２６】第７の発明によれば、熱流束が小さく、温
度センサ間の温度差が小さい場合でも、解析などを必要
とせずに測定結果から瞬時に熱流束を知ることができ
る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す図面について説
明する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施例である熱流束
測定器を示し、その（ａ）は正面断面図、その（ｂ）は
（ａ）のＡ矢視図である。

【００２９】図１に示すように、複数個（図では４個）
の熱電素子（ペルチェ素子）１は、電極２１、２２を介
して電気的に直列に接続され、かつ基板３１、３２に固
定され、さらに一方の基板３１は、熱伝導度が既知の基
板７に接続されている。上記一方の電極２２は、その両
端部を直流電源５に接続されている。ここで、それぞれ
隣り合う熱電素子１は、それぞれ極性の異なる熱電素子
であり、上記直流電源５より電流を供給することによ
り、該熱電素子の両端で吸熱あるいは発熱が起こり、上
記基板７を冷却あるいは加熱できる。該基板７は、その
下面に図示しない測定対象物に装着され、かつ上記測定
対象物の表面の温度を測定する第１温度センサ４１と、
該基板７の内部の上記測定対象物の表面に対して上記第
１温度センサの鉛直上方の一点の温度を測定する第２温
度センサ４２を設置している。該温度センサ４１、４２
は、熱電対、サーミスタなどで形成されるとともに、温
度測定器６に接続している。したがって、本実施例にお
ける熱流束測定器は、熱電素子１と、電極２１、２２
と、基板３１、３２と、基板７とが一体に構成されてい
る。

【００３０】つぎに、熱流束測定方法について説明す
る。

【００３１】測定対象物の表面温度をあらかじめ測定し
たのち、測定対象物の表面に基板７を接触させる。つい
で、第１温度センサ４１および温度測定器６による測定
対象物の表面温度が前記の測定温度になるように直流電
源５から熱電素子１に電流を流すと、電流は熱電素子１
内を矢印方向または反対方向に流れて上記基板７に接す
る基板３１を冷却もしくは加熱し、これにともなって基
板７の温度および測定対象物の表面温度が冷却もしくは
加熱する。このときの測定対象物の表面温度を第１温度
センサ４１および温度測定器６により測定し、基板７の
の温度を第２温度センサ４２および温度測定器６により
測定する。しかるのち、第１温度センサ４１および温度
測定器６による測定対象物の表面温度が上記あらかじめ
測定した温度に達したとき、温度測定器６により第１温
度センサ４１による測定温度と、第２温度センサ４２に
よる測定温度との差を求め、該温度差から熱流束を求め
る。このように本実施例は、測定対象物表面の基板７接
触前温度を補償したときの基板７の内部の温度差から熱
流束を求めているので、熱流束を高精度に測定できる。
すなわち、たとえば、図２に示す条件で、図３に示す特
性を有する熱電素子を装着し、印加電圧を１．５Ｖと
し、電流１．０Ａ流したさいの測定対象物に生じる温度
分布を解析した。その結果、第１温度センサ４１の接す
る測定対象物表面温度を熱電素子１により熱流束センサ
１９装着前の表面温度に補償したときの測定対象物内の
温度分布は、図３（ｂ）に示すように、第１温度センサ
４１の先端直下における温度勾配は、熱流束センサ１９
装着前の温度勾配０．５６℃／ｃｍに一致する。したが
って、図１に示す第１温度センサ４１および第２温度セ
ンサ４２間の温度差から求めた熱流束は本来の０．０８
７Ｗ／ｃｍ²となるので、本実施例によれば、測定対象
物の熱流束を高精度に測定できる。また、本実施例で
は、熱電素子（ペルチェ素子）１を用いているので、測
定対象物表面に基板接触後、冷却、加熱を任意に行うこ
とができ、これによって、色々の材料、寸法、環境から
なる測定対象物の温度分布補償が可能となり、広範囲の
用途に適用できるのみでなく、解析などを必要としない
ため、測定結果を瞬時に知ることができる。

【００３２】なお、図３（ｂ）においては、熱流束セン
サ１９の端面近傍の温度分布が歪んでいる。この歪み
は、熱流束センサ１９の端面からの放熱に起因する。こ
の歪みを緩和する手段としては、図４に示すように構成
することが考えられる。すなわち、図４に示す第２実施
例においては、上記図１に示す熱流束センサ１９の両端
面に断熱材８を装着し、端面からの放熱を押さえる構成
したものである。したがって、図４に示すような構成す
ることにより、図３（ｂ）に示す測定対象物１８内の温
度分布をさらに平坦化でき、熱流束の測定精度を向上す
ることができる。

【００３３】つぎに、本発明の第３実施例を示す図５に
ついて説明する。なお、図５（ａ）は熱流束測定器を示
し、図５（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、図５（ｃ）はＢ部
分の拡大図である。

【００３４】図５に示す第３実施例は、温度センサ４１
を薄膜状に形成して基板７を測定対象物（図示せず）表
面への装着を容易にした場合を示す。この場合、第１温
度センサ４１はたとえばアルメル−クロメル熱電対を用
いたときには、薄膜状のアルメル４１１とクロメル４１
２の間に絶縁性の膜４１３を挿入したのち、銀ペースト
などの接着材で基板７に装着することにより、線状の第
１温度センサ４１よりも容易に製作することができる。

【００３５】つぎに、本発明の第４実施例を示す図６に
ついて説明する。なお、図６（ａ）は熱流束測定器を示
し、図６（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、図６（ｃ）はＢ部
分の拡大図である。

【００３６】図６に示す第４実施例は、薄膜状の第１温
度センサ４１を基板７の下端に装着し、線状の第２、第
３温度センサ４２、４３を基板７内に装着した場合であ
る。したがって、本実施例では、第１温度センサ４１
と、第２、第３温度センサ４２、４３との温度差により
熱流束を求めることができるので、さらに熱流束の測定
精度を向上することができる。

【００３７】つぎに、本発明の第５実施例を示す図７に
ついて説明する。なお、図７は熱流束測定器を示す。

【００３８】図７に示す実施例は、図１に示す第１実施
例における基板３１と基板７とを基板１０で兼用した場
合である。したがって、本実施例では、基板３１と基板
７とを接合する工程を省略することができるので、熱流
束測定器の製造が容易となり、かつ安価にて製作するこ
とができる。

【００３９】つぎに、本発明の第６実施例を示す図８に
ついて説明する。

【００４０】図８に示す第６実施例は、基板７に２本で
１組をなし、かつ各組の温度検出部である先端部の位置
が異なる多数組（図では５組）の温度センサ４１を装着
した場合である。したがって、本実施例では、基板７内
の多数の点における熱流束を同時に測定できるので、よ
り高精度に熱流束を測定できる。

【００４１】つぎに本発明の第７実施例を示す図９につ
いて説明する。

【００４２】図９に示す第７実施例は、図１に示す実施
例の変形例である。すなわち、図１に示す第１実施例の
ように、単一の熱電モジュールで温度を制御した場合に
は、測定対象物の基板７の接触する部分の温度は、全表
面に亘って必ずしも平坦にならない。そのため、測定対
象物の全表面の温度をあらかじめ基板７を接触する前に
測定した温度にするようなときには適用できないので、
これを適用可能にしたものである。その構成は、熱流束
センサを複数個（図では５個）に分割し、直流電源５を
各ブロックに分割した熱電素子１に独立して接続し、か
つ温度測定器６を各ブロックに分割した基板７にそれぞ
れ装着した第１温度センサ４１と、第２温度センサ４２
に独立して接続したものである。したがって、本実施例
においては、各ブロックの基板７が接触する測定対象物
の表面温度を独立して制御できるので、同時に多数の測
定対象物の表面位置における熱流束を高精度に測定する
ことができる。

【００４３】つぎに、本発明の第８実施例を示す図１０
について説明する。

【００４４】図１０に示す第８実施例は、上記図９に示
す熱流束センサの分割をさらに２次的に拡張した場合で
あり、具体的には、図１０（ｂ）に示すように、熱流束
センサを前後、左右方向に９個に分割し、分割された各
熱電素子１が独立して直流電源（図示せず）に接続する
とともに、分割された各第１温度センサ４１および各第
２温度センサ４２を独立して温度測定器（図示せず）に
接続している。したがって、本実施例においては、上記
図９に示す実施例と同一効果を得ることができる。

【００４５】以上、複数の実施例を挙げて熱流束測定器
について説明したが、熱流束測定器を使用する測定対象
物の温度はさまざまで、中には５００℃を越える高温の
ものもある。一般に、熱電素子はｐ型とｎ型の素子を直
列に接続した構成をしている。高温では、ｐ型とｎ型の
熱膨張率の違いから、図１に示す基板３１あるいは基板
３２などに熱応力が発生し、基板の破壊に至る場合もあ
りうる。このような問題を解決するため、その一例とし
て本発明の第９実施例を示す図１１について説明する。

【００４６】図１１に示す第９実施例では、各熱電素子
１が全く同一材料で形成され、かつｐ型もしくはｎ型の
一方のみを電気的に接続している。したがって、本実施
例においては、各熱電素子１の熱膨張は同一であるた
め、基板３１あるいは基板３２などに熱応力が発生する
のを防止することができる。

【００４７】つぎに、本発明の第１０実施例を示す図１
２について説明する。

【００４８】図１２に示す第１０実施例は、基板７の下
端部に２個の開口穴７ａを形成し、該開口穴７ａ内にそ
れぞれスプリング１１の弾性力にて測定対象物（図示せ
ず）の表面に押圧された第４温度センサ４４を設け、該
第４温度センサ４４にて測定対象物の表面温度を測定す
るものである。なお、上記以外は上記図１と同一であ
る。したがって、本実施例は、開口穴７ａに対向する熱
流束センサによる影響をほとんど受けていない測定対象
物の表面温度を第４温度センサ４４により熱流束測定器
を装着した状態で測定することができ、これによってあ
らかじめ熱流束測定器を装着する前に測定対象物の表面
温度を測定する作業を簡略することができる。

【００４９】つぎに、本発明の第１１実施例を示す図１
３について説明する。

【００５０】図１３に示す第１１実施例は、一般に熱流
束が小さくなると、温度センサ間に生じる温度差が小さ
くなって熱流束を測定することが難しくなる場合がある
ので、これを解決する一例である。而して、本実施例
は、図１に示す実施例の基板３１の下端面に多数の第２
熱電素子１２を間隔をおいて配置するとともに、各第２
熱電素子１２を電極１３１、１３２により直列に接続し
ている。また上記基板３１の端部は、電圧、温度測定器
１４に接続している。さらに基板７の下面に設けた第１
温度センサ４１は、電圧温度測定器１４に接続してい
る。なお、第２熱電素子１２の上方位置に設置した熱電
素子１を第１熱電素子とする。

【００５１】したがって、本実施例では、第１熱電素子
１により、第１温度センサ４１による測定対象物の測定
表面温度があらかじめ測定温度に達したとき、第２熱電
素子１２の上下両端部に温度差に対応する電圧が発生す
る。該電圧を電圧測定器により測定することにより熱流
束を求めることができる。この場合、かりに熱流束が小
さくても、熱電素子を多数直列に接続することにより、
高い電圧を得ることができるので、高Ｓ／Ｎ比で測定す
ることができる。

【００５２】つぎに、本発明の第１２実施例として測定
システムおよび測定方法のフローチャートを示す図１４
および図１５について説明する。

【００５３】図１４に示すように、直流電源５および温
度測定器６は制御表示装置１５により制御され、測定結
果が制御表示装置１５の画面上に表示される。また測定
結果はプリンター１７で出力されるか、あるいはフロッ
ピーディスク１６に保存することを可能である。つぎに
測定方法について図１５に示すフローチャートにより説
明する。

【００５４】まず、熱電対、サーミスタあるいは光学的
な手法により測定対象物の表面温度ＴSを測定する。つ
いで、熱流束センサを測定対象物の表面に設置し、直流
電源５から熱電素子１に直流電流を流し、測定対象物の
表面に接する第１温度センサ４１を介して温度測定器６
による測定温度Ｔ₁が上記あらかじめ測定した温度ＴSに
なるように制御する。しかるのち、両測定温度ＴS＝Ｔ₁
になったとき、制御装置１５で前記作用の項で説明した
式１あるいは式２により演算して熱流束を求める。求め
られた熱流束の値はプリンタ１７で出力するか、あるい
はフロッピーディスク１６に保存したのち、熱流束セン
サを移動して測定対象物の他の表面を上記に述べた方法
により熱流束を測定する。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００５６】第１の発明によれば、測定対象物の表面に
接触する基板の温度を熱電素子により制御し、測定対象
物の表面温度があらかじめ測定した温度に達したとき、
測定対象物の表面温度と基板の温度差から測定対象物の
熱流束を求めるので、測定対象物の表面温度を補償する
ことができ、かつ測定対象物の熱流束を高精度に測定で
きる。また、温度制御手段として熱電素子（ペルチェ素
子）を用いるため、冷却、加熱を任意に制御性良く行う
ことができるので、種々の材料、寸法、環境における測
定対象物の温度分布を補償することができる。

【００５７】第２の発明によれば、断熱材を装着してい
るので、熱の流れを特定の方向に制御することができ、
これによってさらに測定対象物の温度分布をあらかじめ
測定した温度分布に補償することができる。

【００５８】第３の発明によれば、測定対象物表面の多
数の位置における温度分布を補償することができるの
で、測定対象物の熱流束をさらに高精度に測定すること
ができる。

【００５９】第４の発明によれば、種々の材料、寸法、
環境における測定対象物の温度分布を補償できるので、
広範囲の用途に適用できる。

【００６０】第５の発明によれば、熱流束が小さく、温
度センサ間の温度差が小さい場合における熱流束を容易
に測定することができる。

【００６１】第６の発明によれば、解析などを必要とせ
ずに測定結果から瞬時に熱流束を知ることができる。

【００６２】第７の発明の発明によれば熱流束が小さ
く、温度センサ間の温度差が小さい場合でも、解析など
を必要とせずに測定結果から瞬時に熱流束を知ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である熱流束測定器を示
し、その（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図。

【図２】第１実施例による効果を解析するさいの条件を
示す図。

【図３】第１実施例による測定対象物の温度分布を示
し、その（ａ）は熱流束測定器を装着する前の測定対象
物の温度分布図、その（ｂ）は熱流束測定器装着後の測
定対象物の温度分布図、その（ｃ）は熱流束測定器を測
定対象物に装着した図。

【図４】本発明の第２実施例である熱流束測定器を示
す。

【図５】本発明の第３実施例である熱流束測定器を示
し、その（ａ）は正面図、その（ｂ）は（ａ）のＡ矢視
図、その（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図。

【図６】本発明の第４実施例である熱流束測定器を示
し、その（ａ）は正面図、その（ｂ）は（ａ）のＡ矢視
図、その（ｃ）は（ａ）のＢ部拡大図。

【図７】本発明の第５実施例である熱流束測定器を示
す。

【図８】本発明の第６実施例である熱流束測定器を示
す。

【図９】本発明の第７実施例である熱流束測定器を示
す。

【図１０】本発明の第８実施例である熱流束測定器を示
し、その（ａ）は正面図、その（ｂ）はＡ−Ａ′矢視図
を示す。

【図１１】本発明の第９実施例である熱流束測定器を示
す。

【図１２】本発明の第１０実施例である熱流束測定器を
示す。

【図１３】本発明の第１１実施例である熱流束測定器を
示す。

【図１４】本発明の第１２実施例である熱流束測定シス
テムを示す。

【図１５】本発明の第１２実施例の測定方法を示すフロ
ーチャート。

【図１６】従来の熱流束測定方法説明図を示し、その
（ａ）は熱流束センサを測定対象物の表面に装着した断
面図、その（ｂ）は熱流束センサを測定対象物内に装着
した断面図を示す。

【図１７】従来の測定対象物の温度分布を説明するため
の測定対象物と熱流束センサとの配置図を示す。

【図１８】従来の測定対象物の温度分布を説明するため
の解析条件を示す図。

【図１９】従来技術の測定対象物の温度分布変化説明図
を示し、その（ａ）は熱流束センサ装着前の測定対象物
の温度分布図、その（ｂ）は熱流束センサ装着後の測定
対象物の温度分布図、その（ｃ）は測定対象物上に熱流
束センサを装着した図。

【符号の説明】

１…熱電素子、２１，２２…電極、３１，３２…基板、
４１，４２，４３，４４…温度センサ、４１１…アルメ
ル、４１２…クロメル、４１３…膜、５…直流電源、６
…温度測定器、７…基板、８…断熱材、１０…基板、１
１…スプリング、１２…熱電素子、１３１，１３２…電
極、１４…温度および電圧測定器、１５…制御表示装
置、１６…フロッピーディスク、１７…プリンタ、１８
…測定対象物、１９…熱流束センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上久道茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導度が既知の基板と、該基板に設置
し、該基板が接触する測定対象物の表面温度を測定する
第１温度センサと、前記基板に設置し、該基板の温度を
測定する第２温度センサと、前記基板に設置し、電流を
流したとき、素子の一端が冷却され、別の一端が加熱さ
れる熱電素子とから構成されたことを特徴とする熱流束
センサ。
【請求項２】熱伝導度が既知の基板と、該基板に設置
し、該基板が接触する測定対象物の表面温度を測定する
第１温度センサと、前記基板に設置し、該基板の温度を
測定する第２温度センサと、前記基板に設置し、電流を
流したとき、素子の一端が冷却され、別の一端が加熱さ
れる熱電素子と、前記基板および前記熱電素子の端部に
設置し、端部からの放熱を押える絶縁材とから構成され
たことを特徴とする熱流束センサ。
【請求項３】請求項１もしくは請求項２記載の熱流束
センサにおいて、測定対象物に接触させる熱伝導度が既
知の基板を複数個に分割し、該基板にそれぞれ設置され
た熱電素子には分割された該基板毎に独立に電流を流す
ように構成されたことを特徴とする熱流束センサ。
【請求項４】熱伝導度が既知の基板と、該基板に設置
するとともに、温度測定器に接続し、該基板に接触する
測定対象物の表面温度を測定する第１温度センサと、前
記基板に設置するとともに、温度測定器に接続し、該基
板の温度を測定する第２温度センサと、前記基板に設置
するとともに、電源に接続し、該電源よりの電流の供給
によって一端が冷却され、別の一端が加熱される熱電素
子とから構成されたことを特徴とする熱流束測定器。
【請求項５】熱伝導度が既知の基板と、該基板に設置
するとともに、温度測定器および電圧測定器に接続し、
該基板に接続する測定対象物の表面温度を測定するとと
もに、後述の第２熱電素子の下端部の電圧を測定する第
１温度センサと、前記基板上に上下方向に配置し、その
上方側に設置するとともに、電源に接続し、該電源より
の電流の供給によって一端（上端部もしくは下端部）が
冷却され、別の一端（下端部もしくは上端部）が加熱さ
れる第１熱電素子と、その下方側に設置し、かつ電圧測
定器に接続するとともに、上下両端部の温度差により電
圧を発生する第２熱電素子とから構成されたことを特徴
とする熱流束測定器。
【請求項６】熱伝導度が既知の基板と、該基板に設置
するとともに、温度測定器にそれぞれ接続する第１、第
２温度センサと、前記基板に設置するとともに、電源に
接続する熱電素子とからなる熱流束測定器を用い、該熱
流束測定器の前記基板を測定対象物の表面に装着し、前
記第１温度センサによる前記測定対象物の測定表面温度
があらかじめ測定した前記測定対象物の表面温度になる
ように前記電源から前記熱電素子に電流を流し、前記第
１温度センサによる前記測定対象物の測定表面温度があ
らかじめ測定した温度に達したとき、第１温度センサに
よる測定温度と、前記第２温度センサによる測定温度と
の差から前記測定対象物の熱流束を求めることを特徴と
する熱流束測定方法。
【請求項７】熱伝導度が既知の基板と、該基板に設置
するとともに、温度測定器および電圧測定器に接続する
第１温度センサと、前記基板上に上下方向に配置し、そ
の上方側に設置するとともに電源に接続する第１熱電素
子と、その下方側に設置し、かつ電圧測定器に接続する
第２熱電素子とからなる熱流束測定器を用い、該熱流束
測定器の前記基板を測定対象物の表面に装着し、前記第
１温度センサによる前記測定対象物の測定表面温度があ
らかじめ測定した前記測定対象物の表面温度になるよう
に前記電源から前記第１熱電素子に電流を流し、前記第
１温度センサによる前記測定対象物の表面温度があらか
じめ測定した温度に達したとき、前記第２熱電素子の上
下両端部の温度差により発生する電圧から前記測定対象
物の熱流束を求めることを特徴とする熱流束測定方法。