JPH0690162B2

JPH0690162B2 - 通電加熱法に用いられるセンサ−

Info

Publication number: JPH0690162B2
Application number: JP62049372A
Authority: JP
Inventors: 友繁堀; 健介伊藤
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1987-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: JPS63215958A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、種々の流体（液体、気体に限らず、半固体も
含み、流れることができる物質をいう。以下同じ）の物
性値の変化を測定する方法に用いられる、いわゆる通電
加熱法に用いられるセンサーに関する。

（発明の背景）一般に、流体の物性値（例えば動粘性率）を知ること
は、流体の工程管理上極めて重要である。

現在、流体の物性値を計る方法としては、先に本件出願
人が開示した特開昭60-152943号公報に記載されている
ように、測定対象物である流体中に、垂直に張られた金
属細線を感知素子としてこれを通電加熱し、上記金属細
線の表面における熱伝達率を算出することによって、流
体の物性値を測定する方法が知られている。

この方法は、現在、上述のように金属細線を感知素子
（ここでは発熱体）としたセンサーを用いており、第６
図に示すように、金属細線（１）の両端に電流導入用リ
ード線（２）（２）と電圧測定用リード線（３）（３）
とをそれぞれ接続し、電流導入用リード線（２）（２）
を通じて金属細線（１）に通電し、その時の金属細線
（１）に印加されている電圧を、電圧測定用リード線
（３）（３）に接続した電圧計（４）で測定している。

そして、電圧計（４）で測定した電圧値Ｖと金属細線
（１）に通電している電流値Ｉとの関係から、その時点
における金属細線（１）の抵抗値Ｒを求め、更にその時
点の金属細線（１）単位体積当りの発熱量ＷをＷ＝I²R/π(d/2)²Ｌ …… として求め、この発熱量Ｗから、上記細線と流体との境
界面における熱伝達率αを、 α＝Wd/4（θｓ−θ∞） …… d :細線の直径 L :細線の長さ θs:細線の表面温度 θ∞：流体の温度として求めて、この熱伝達率αから所定の関係式に基づ
いて動粘性率を求めている。

（発明が解決しようとする問題点）上記センサーの汎用性を高めるためには同センサーの小
型化が不可欠である。しかし同センサーをそのままの形
で小型化すると、感知素子と測定対象物との間における
熱伝達率を正確に評価することができなくなるという問
題がある。

例えば今、第７図に示すように、前記細線を短くした金
属棒（５）を感知素子として用い、その円周面（７）が
測定対象物である流体Ｆに接触しているとすると、前述
の方法において、真に評価したい熱量は、感知素子と測
定対象物である流体との間において伝達された熱量、す
なわち、ここでは、金属棒の円周面（７）から流体Ｆに
逃げた熱量W1である。

ところが実際には、感知素子（５）で発生した熱は、図
示のように、感知素子（５）の両端面（６）（６）から
も逃げており、この両端面（６）（６）から逃げた熱量
をW2とすると、この熱量W2と流体Ｆに逃げた熱量W1との
和、すなわち、W1＋W2が感知素子（５）の発熱量Ｗであ
る。

両端面（６）（６）から逃げた熱量をW2は未知である
が、従来のセンサーは、感知素子を細線（直径：長さが
1:1000程度の細線）とすることによって、両端面（６）
（６）から逃げる熱量W2を、円周面（７）から流体Ｆに
逃げる熱量W1に比べて著しく小さくしているので、両端
面（６）（６）から逃げている熱量W2を無視して感知素
子全体の熱量Ｗを、流体Ｆに逃げた熱量W1であると擬制
しても、測定誤差が小さくなるようにしている。

しかしながら、例えば上述したように細線を短くした金
属棒（５）を感知素子として用いた場合には、円周面
（７）から流体Ｆに逃げる熱量W1に対して、未知量であ
る両端面（６）（６）から逃げる熱量W2が大きくなり、
これを無視することができなくなる。

したがって、この場合に、感知素子全体の発熱量Ｗを、
流体Ｆに逃げた熱量W1であると擬制したのでは、両端面
（６）（６）から逃げている熱量W2の分だけ誤差とな
り、熱伝達率すなわち、流体の物性値を正確に測定する
ことができなくなるという問題がある。

このような問題は、感知素子として吸熱体を用いた場合
にも同様に生じる。

本発明の目的は、以上のような問題点を解決し、センサ
ーの小型化を図った場合においても、感知素子と測定対
象物である流体との間における熱伝達率を正確に把握で
きるようにすることにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明センサーは、測定対象
物である流体中に入れられて該流体と熱的に接触する円
柱体や円板、又はリングから構成された感知素子と、該
感知素子の前記流体と熱的に接触する面以外の端面や外
周面、又は内周面に、該感知素子と同じ温度に制御され
て熱的に接触し、該熱的接触面における前記感知素子と
の温度差を無くす円柱体や円板又はリングから構成され
た補助素子とで構成した。

尚、熱的接触とは、２物体間の物理的接触をいうのでは
なく、熱が移動し得る接触状態をいう。

（作用効果）熱の伝達現象は、温度の差によって生じる。

本発明センサーは、測定対象物である流体中に入れられ
てこの流体と熱的に接触する円柱体や円板、又はリング
で構成された感知素子の該接触面以外の端面や外周面、
又は円周面が、感知素子と同じ温度に制御された円柱体
や円板、又はリングから構成された補助素子と熱的に接
触し、この熱的接触面における温度差が無くなるので、
熱的接触面における熱の伝達はなくなり、感知素子と測
定対象物である流体との間における熱伝達は、感知素子
と流体との熱的接触面においてのみなされることとな
る。

したがって、本発明によれば、センサーの小型化を図っ
た場合においても、感知素子と測定対象物である流体と
の間において伝達された熱量を正確に把握でき、熱伝達
率を正確に計測して流体の物性値を正確に測定すること
ができる。

（実施例）以下、図示の実施例について説明する。

尚、以下の実施例においては、感知素子を発熱体とした
例について説明するが、これを吸熱体としても、原理的
には同じである。

〈第１実施例〉第１図は、本発明に係るセンサーの第１実施例を示す概
略正面図であり、第２図は、同上使用状態を示すブロッ
ク図である。

これらの図において、（10）は感知素子であり、先に第
６図に示したものと同様、金属性の円柱体からなる発熱
体で構成してある。

この円柱体は、導電性のある金属であれば何でもよい
が、耐蝕性等を考慮すると白金が最も望ましい。

（20）（30）は、前記感知素子の両端面に接合された補
助素子であり、感知素子同様発熱体で構成する。なお、
感知素子（10）と補助素子（20）及び（30）との接合面
（11）は、絶縁薄膜（樹脂膜、セラミックス等）で、電
気的に絶縁してある。

（12）（13）は、前記感知素子（10）の両端に接続した
電流導入用リード線であり、電流源（40）に接続されて
いる。

（14）（15）は、前記感知素子（10）の両端に接続した
電圧測定用リード線であり、電圧測定装置（50）に接続
されている。

（21）（22）及び（31）（32）はそれぞれ補助素子（2
0）（30）への電流供給リード線であり、それぞれ前記
電流源（40）に接続されている。

（60）は、前記電流源（40）及び電圧測定装置（50）の
制御を司る制御装置であり、これら電流源（40）、電圧
測定装置（50）、制御装置（60）はそれぞれGP−IB（ゼ
ネラル・パーパス・インターフェース・バス）制御系で
接続されている。以上のようなセンサーＳは、例えば第
２図に示すように、タンクＴに入った測定対象物である
流体（ここでは液体）Ｆ中に入れ、感知素子（10）、補
助素子（20）及び（30）にそれぞれのリード線を通じて
各素子に個別の電流を供給し、制御装置（60）によっ
て、前記接合面（11）における各素子の温度が同じにな
るように制御する。そして、前記電圧測定用リード線
（14）（15）を介して電圧測定装置（50）で感知素子
（10）に印加されている電圧を測定し、その測定結果に
基づいて制御装置（60）が、その時の感知素子（10）に
供給されている電流値との関係で感知素子（10）の発熱
量Ｗを算出し（前記式参照）、更に、例えば、感知素
子（10）と流体Ｆとの熱的接触面における熱伝達率αを
求める場合には、前記式に基づいて熱伝達率を算出す
る。

この場合において、本実施例のセンサーＳは、感知素子
（10）と流体Ｆとの熱的接触面が、該素子の円周面（10
a）のみであり、かつこの接触面以外の面である両端面
が、補助素子（20）及び（30）との接合面（11）であっ
て、この接合面（11）における各素子間の温度差が無い
ので、接合面（11）における熱の伝達はなくなる。

すなわち、第１図において、接合面（11）を通じて伝達
される熱量W2は０となり、感知素子（10）と流体Ｆとの
間における熱伝達は、感知素子と流体との熱的接触面
（10a）においてのみなされることとなる。

したがって、この熱的接触面（10a）を通じて、流体Ｆ
に伝達された熱量をW1とすれば、 W1＝Ｗ W:感知素子（10）の発熱量となり、感知素子（10）と測定対象物である流体Ｆとの
間において伝達された熱量を正確に把握することができ
る。

なお、本実施例センサーの各部の寸法は、種々の用途に
よって任意であるが、例えば各素子の直径を2mm、感知
素子（10）の長さを6mm、補助素子の長さをそれぞれ2mm
程度とする。

〈第２実施例〉第３図は、本発明に係るセンサーの第２実施例を示す概
略正面図である。

この実施例が前記第１実施例と異なる点は、感知素子
（10）及び補助素子（20）（30）を円板状にして感知素
子（10）への電流導入用リード線（12）（13）及び電圧
測定用リード線（14）（15）を感知素子（10）の円周面
（10a）に接続した点であり、その他の部分は変わりが
ない。本実施例は、前記第１実施例に比べて一層コンパ
クトにすることができる。例えば、各素子の直径を2m
m、感知素子の厚さを0.4mm、補助素子の厚さを0.2mm程
度とすることができる。

〈第３実施例〉第４図は本発明に係るセンサーの第３実施例を示す概略
正断面図、第５図は同上一部省略側面図である。

この実施例が、上記第２実施例と異なる点は、一方の補
助素子（30）を除去し、感知素子（10）及び補助素子
（20）をリング状にして感知素子（10）への電流導入線
（12）（13）、電圧測定用リード線（14）（15）及び補
助素子（20）への電流供給リード線（21）（22）を各素
子の内周面に接続した点であり、その他の部分は変わり
がない。

本実施例は、感知素子（10）をリング状にしたので、電
気抵抗が大きくなると共に、熱的接触面が広くなって、
その分測定精度が向上する。

なお、第５図破線で示すように、リング状素子の一部
（10′）及び（20′）を切り欠いて、その切り欠き断面
に、上記各リード線を接続すれば、電気抵抗が一層大き
くなって、より測定精度が向上する。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、
上記の実施例に限るものではなく、適宜変形実施可能で
ある。例えば、第２実施例（第３図）における各素子をリング状とし
てもよい。

第３実施例（第４、５図）における一方の素子又は両
方の素子を円板状としてもよい。

各実施例のセンサーを薄い非導電性の保護膜で被覆し
てもよい。

円柱体に金属細線、金属箔リボンを巻いて構成しても
良い。

感知素子のどの面を熱的接触面にとるかは任意であ
り、例えば、第４図において、補助素子（20）を感知素
子（10）の外周面又は内周面に設けてもよい。

補助素子は、発熱体と真空断熱とを併用して構成して
も良い。

上記実施例では、感知素子と補助素子とは物理的に接
触させたが、物理的に接触していなくても熱的に接触し
ていれば良い。

上記〜を適宜組合わせることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセンサーの第１実施例を示す概略
正面図、第２図は同上使用状態を示すブロック図、第３
図は本発明に係るセンサーの第２実施例を示す概略正面
図、第４図は本発明に係るセンサーの第３実施例を示す
概略正断面図、第５図は同上一部省略側面図、第６図及
び第７図は従来センサーの説明図である。 10……感知素子 10a……熱的接触面 11……接合面 20、30……補助素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物である流体中に入れられて該流
体と熱的に接触する円柱体や円板、又はリングから構成
された感知素子と、該感知素子の前記流体と熱的に接触
する面以外の端面や外周面、又は内周面に、該感知素子
と同じ温度に制御されて熱的に接触し、該熱的接触面に
おける前記感知素子との温度差を無くす円柱体や円板、
又はリングから構成された補助素子とからなる通電加熱
法に用いられるセンサー。