JPS5935783Y2 - heat flow sensor - Google Patents

heat flow sensor

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JPS5935783Y2
JPS5935783Y2 JP3762580U JP3762580U JPS5935783Y2 JP S5935783 Y2 JPS5935783 Y2 JP S5935783Y2 JP 3762580 U JP3762580 U JP 3762580U JP 3762580 U JP3762580 U JP 3762580U JP S5935783 Y2 JPS5935783 Y2 JP S5935783Y2
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JP
Japan
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heat flow
plate
thermocouple
flow sensor
material plate
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Application number
JP3762580U
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Japanese (ja)
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JPS56138340U (en
Inventor
美明 荒川
征彦 加藤
Original Assignee
昭和電工株式会社
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Publication date
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は熱抵抗板の表・裏面の温度差から熱流密度を測
定する方式の熱流センサーのうち、熱抵抗板が熱電対材
料から成り、しかもその幻をなす熱電体材料板を前記熱
抵抗板の表裏面に電気的に接触させて差動熱電対を形成
し、前記熱抵抗板での温度差を即座に差動熱電列の出力
電圧としてとりだして熱流密度を測定する方式の熱流セ
ンサーに関するものである。
[Detailed description of the invention] This invention is a heat flow sensor that measures the heat flow density from the temperature difference between the front and back surfaces of a heat resistance plate. A differential thermocouple is formed by bringing a material plate into electrical contact with the front and back surfaces of the thermal resistance plate, and the temperature difference on the thermal resistance plate is immediately extracted as the output voltage of the differential thermocouple to measure the heat flow density. The present invention relates to a heat flow sensor using a heat flow sensor.

この種の熱流センサーは、差動熱電対自体が熱流センサ
ーを形成するため構造が簡単であり、しかも通常熱電対
材料が金増材料であるため機械的強度に優れる等の利点
を有する。
This type of heat flow sensor has advantages such as a simple structure because the differential thermocouple itself forms the heat flow sensor, and excellent mechanical strength because the thermocouple material is usually a gold-enhanced material.

しかしながら、熱抵抗板が熱電対材料であるため熱伝導
性が良好であり、それ故該板での温度降下が極めて小と
なり、その出力電圧を検出するために極めて高感度の計
器を使用するか、捷たは100万k caV77It以
上というような極めて高い熱流密度を測定する目的にし
か使用できないという実用上の不便があった。
However, since the thermal resistance plate is a thermocouple material, it has good thermal conductivity and therefore the temperature drop across the plate is extremely small, requiring the use of extremely sensitive instruments to detect its output voltage. There is a practical inconvenience in that it can only be used for the purpose of measuring extremely high heat flow densities such as 1,000,000 kcaV77It or more.

さらに熱電対材料が導電性を有するため、使用時に通常
その外側に電気絶縁材を被せる必要が生じるが、通常の
絶縁塗料は比較的低い温度1でしか耐えることができず
、また塗装むら等による厚さの不均一が生じる等の不都
合があり、電気絶縁に対する工夫の望1れるものであっ
た。
Furthermore, since the thermocouple material is conductive, it is usually necessary to cover the outside with an electrical insulating material during use, but ordinary insulating paint can only withstand relatively low temperatures1, and it may cause uneven coating etc. There are disadvantages such as non-uniformity of thickness, and it is desirable to improve the electrical insulation.

本考案はこの様な事情に鑑み、上記の不都合を解消して
実用性を一段と向上させた熱流センサーを提供するもの
で、熱抵抗板の熱抵抗を調整して所望の感度が得られる
ようにし、さらに金属の酸化皮膜を利用して電気的な絶
縁を施すようにしたものである。
In view of these circumstances, the present invention aims to provide a heat flow sensor that eliminates the above-mentioned disadvantages and further improves practicality.The present invention provides a heat flow sensor that eliminates the above-mentioned disadvantages and further improves practicality. Furthermore, electrical insulation is provided using a metal oxide film.

以下、図面を参照しながら本考案について説明する。The present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は熱電対材料が熱抵抗板を兼ねる薄型状の熱流セ
ンサーにより熱流密度を測定する状態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which heat flow density is measured by a thin heat flow sensor in which the thermocouple material also serves as a heat resistance plate.

この図において熱電対材料板Aは、たとえばコンスクン
タン板からなるものであり、その表裏面には電気的に接
触させて熱電対材料板B 、 B’を密着させである。
In this figure, thermocouple material plate A is made of, for example, a consquuntan plate, and thermocouple material plates B and B' are closely attached to the front and back surfaces of the thermocouple material plate in electrical contact.

B、B’は同一材料からなる板であり、たとえば銅板を
用いる。
B and B' are plates made of the same material, such as a copper plate.

このようにすると銅−コンスタンタンー銅の差動熱電体
が形成され、高温壁面から矢印方向に放散する熱流密度
に応じて板Aで温度降下を生じ、その温度差を即差動熱
電対の出力電圧として得ることができ、これを電圧計1
で指示す・ることかできる。
In this way, a copper-constantan-copper differential thermoelectric body is formed, and a temperature drop occurs on plate A according to the heat flow density dissipating from the high-temperature wall surface in the direction of the arrow, and the temperature difference is immediately outputted by the differential thermocouple. It can be obtained as a voltage, which can be measured using a voltmeter 1
I can give instructions and things.

この場合リード線2,2は熱電対材料板B 、 B’と
同一の材料を用い、この例では銅となる。
In this case, the lead wires 2, 2 are made of the same material as the thermocouple material plates B, B', and in this example are copper.

上記の熱流センサーに釦いては、熱抵抗板Aが金属板で
あるため板Aの熱伝導性が極めて高く、通常温度降下が
極めて小さくなる。
In the heat flow sensor described above, since the thermal resistance plate A is a metal plate, the thermal conductivity of the plate A is extremely high, and the temperature drop is usually extremely small.

したがってこの熱流センサーにおいては、電圧計1に印
加される電圧も極めて小さく、全稈高感度の電圧計を用
いるか、あるいは一般の電圧計を用いる場合に壁から放
散する熱流密度が極めて高い値である場合にしか実用に
供さない。
Therefore, in this heat flow sensor, the voltage applied to the voltmeter 1 is extremely small, and if a highly sensitive voltmeter is used for all culms, or if a general voltmeter is used, the heat flow density dissipated from the wall is extremely high. It is only of practical use in certain cases.

ここで本考案においては、第2図a −cに示すように
熱電対材料板Aと同一の材料で、しかも1個地上の貫通
孔3,3・・・・・・を有する孔あき型熱電対材料板A
′を別途用意し、熱電対材料板B、「間に熱電対材料板
Aを介在させて熱流センサーを構成する。
Here, in the present invention, as shown in Fig. 2 a - c, a perforated type thermocouple is made of the same material as the thermocouple material plate A, and has one through hole 3, 3... on the ground. Material plate A
A heat flow sensor is constructed by separately preparing a thermocouple material plate B and a thermocouple material plate A with a thermocouple material plate A interposed therebetween.

この熱流センサーによれば、熱電対材料板Aの見かげ上
の熱伝導性が孔3,3・・・・・・の存在によって悪く
なり、したがって熱抵抗板全体での温度降下を大きくす
ることができると共に電気的に接触している状態を得る
ことができ、大きい差動熱電列出力を得ることができる
According to this heat flow sensor, the apparent thermal conductivity of the thermocouple material plate A is deteriorated by the presence of the holes 3, 3, etc., and therefore the temperature drop across the entire heat resistance plate is increased. It is possible to obtain a state of electrical contact at the same time as to obtain a large differential thermocouple output.

第2図aに示す熱流センサーは板A、A間の中央部に板
Aを介在させたものである。
The heat flow sensor shown in FIG. 2a has a plate A interposed in the center between the plates A.

この熱流センサーの製造方法は、最近の熱圧接技術を応
用することによって板Aと板B(B’)との密着薄板を
作り、この密着薄板2枚を互いに対向配置すると共にこ
れらの間に孔あき熱電対材料板Aを介在させ、そしてそ
の端部をたとえば電子ビーム溶接して一体の熱流センサ
ーを得るようにしたものである。
The manufacturing method for this heat flow sensor is to apply the latest thermo-compression welding technology to create tightly bonded thin plates of plate A and plate B (B'), to place these two tightly bonded thin plates facing each other, and to form a hole between them. A perforated thermocouple material plate A is interposed therebetween, and its ends are, for example, electron beam welded to obtain an integrated heat flow sensor.

この場合溶接は各板の周辺全体に亘って行っても、また
は部分的に行ってもよい。
In this case, welding may be performed over the entire periphery of each plate or may be performed partially.

このような1体構造の熱流センサーは、中央に介在させ
た熱抵抗板Aの厚さあるいは孔3,3・・・・・・の密
度によって熱抵抗板AA−Aでの温度降下を調節でき、
結局差動熱電対での出力を所望の1直にすることができ
る。
In such a one-piece structure heat flow sensor, the temperature drop in the heat resistance plate AA-A can be adjusted by the thickness of the heat resistance plate A interposed in the center or the density of the holes 3, 3, etc. ,
In the end, the output from the differential thermocouple can be made into the desired single shift.

第2図すに示す熱流センサーは、熱抵抗板Aを用いず孔
あき熱抵抗板A′と板B(B’)とからなるもので、第
2図aに示すセンサーと同様に端部を電子ビーム溶接等
の溶接法によって溶接したものである。
The heat flow sensor shown in Fig. 2A does not use the heat resistance plate A, but consists of a perforated heat resistance plate A' and a plate B (B'), and like the sensor shown in Fig. 2A, the end portion is It is welded using a welding method such as electron beam welding.

また第2図Cに示す熱流センサーは、同図aに示すもの
と同ybに示すものとの折中形である。
The heat flow sensor shown in FIG. 2C is a folded version of the one shown in FIG. 2A and the one shown in yB.

な釦これら第2図す、cに示す熱流センサーの機能は1
司図aに示すものと同様である。
The functions of the heat flow sensor shown in Figure 2 (c) are 1.
It is similar to that shown in Figure a.

ここで孔あき熱電対材料板Aは、たとえば第3図に示す
ように薄板に所望の大きさの孔径で、しかもその存在密
度をコントロールして孔3,3・・・を配置したもので
ある。
Here, the perforated thermocouple material plate A is, for example, a thin plate in which holes 3, 3, etc. are arranged with desired hole diameters and their density is controlled, as shown in Fig. 3. .

この隙孔3,3・・・・・・はランダムに配置してもよ
いし規則的に配置してもよい。
The holes 3, 3, . . . may be arranged randomly or regularly.

また孔3,3・・・・・・の加工はフォトエツチング技
術を利用することによって容易に形成することができ、
その他パンチング力ロ王、放電加工等の技術であっても
よい。
Further, the holes 3, 3... can be easily formed by using photoetching technology.
Other techniques such as punching force reduction, electrical discharge machining, etc. may also be used.

捷た、第2図a −Cの熱流センサーの外側(板B 、
B’の表面)は上記の状態に釦いて伺ら電気的絶縁処
理が施されていない。
The outside of the heat flow sensor (plate B,
The surface of B' has not been electrically insulated since the button was placed in the above state.

しかしながら熱流センサーは、これを実用に供するとき
通常被測定面に貼着したり物体中に埋設する。
However, when a heat flow sensor is put into practical use, it is usually attached to a surface to be measured or embedded in an object.

この場合電気絶縁がなされていないと差動熱電対で発生
した電圧が漏洩して正しい信号が得られなくなくなる惧
れがある。
In this case, if electrical insulation is not provided, there is a risk that the voltage generated by the differential thermocouple will leak, making it impossible to obtain a correct signal.

この対策として、第4図aに示すように、板Bの外側に
アルミニュームまたはアルミニューム合金を同時に熱圧
接してA−B−Cの三層圧着材を2枚を用意し、これを
同図すのような構造に形成する。
As a countermeasure for this, as shown in Figure 4a, aluminum or aluminum alloy is simultaneously hot-pressed on the outside of plate B to prepare two sheets of three-layer pressure bonding material A-B-C. Form the structure as shown in the figure.

この構造に釦いて板Aと板B1板Bと板C間はそれぞれ
金属組織的に密着してふ・す、したがって電気的にも導
通している。
Due to this structure, plate A, plate B, plate B and plate C are in close contact with each other in terms of metallographic structure, and are therefore electrically conductive.

また板A −A’Aの間は第2図について説明した如く
端部(周辺部)が成子ビーム溶接等の溶接手段によって
電気的に接触している。
Furthermore, the ends (periphery) of plates A-A'A are electrically contacted by welding means such as seriko beam welding, as described with reference to FIG.

ここで、板Cのアルミニューム捷たはアルミニューム合
金は第4図aまたはbの状態で陽極酸化処理することに
よって一部捷たは全部をアルマイト化し、電気絶縁皮模
を設けることができる。
Here, the aluminum strip or aluminum alloy of the plate C can be partially or completely anodized by anodizing in the state shown in FIG.

このようにして、第2図a −Cに示す熱流センサーの
板B 、 B’の外側表面にアルマイト絶縁膜を形成す
ることができ、端部(周辺部)を除いて絶縁膜を形成す
ることができる。
In this way, an alumite insulating film can be formed on the outer surfaces of the plates B and B' of the heat flow sensor shown in FIGS. I can do it.

端部(周辺部)については、直接被測定面に接する面で
はないためそれ種電気絶縁に気を配ることはない。
As for the end portion (peripheral portion), there is no need to pay attention to electrical insulation because it is not in direct contact with the surface to be measured.

しかし、物体・内に埋設する場合は電気絶縁する必要が
生じ、耐熱性の接着剤(無機質)等を周辺に塗布するこ
とによって絶縁を施す。
However, if it is buried inside an object, it will need to be electrically insulated, which is done by applying heat-resistant adhesive (inorganic) to the surrounding area.

この周辺部は、測定時にセンサーの重要な場所ではなく
、絶縁がなされていれば良いもので、厚さむらなどの心
配をする必要はない。
This peripheral area is not an important part of the sensor during measurement, so it is sufficient that it is insulated, and there is no need to worry about uneven thickness.

これに列して板B 、 B’の表面は被測定物に直接接
する而であり、その平滑度を極めて要求するところとな
っている。
On the other hand, the surfaces of plates B and B' are in direct contact with the object to be measured, and extremely smoothness is required.

これに列してアルミ酸化皮膜は極めて優れた均一性があ
り、この目的に合致する。
In contrast, aluminum oxide films have extremely good uniformity and are suitable for this purpose.

次に、上記の熱流センサーのうち第4図すに示す構造の
熱流センサーを具体的に製作して実験を行った結果につ
いて述べる。
Next, the results of experiments conducted on a concrete fabrication of a heat flow sensor having the structure shown in FIG. 4 among the above-mentioned heat flow sensors will be described.

第5図は実験に用いた熱流センサーの構成を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the heat flow sensor used in the experiment.

ここで、Aはコンスタンタン板(2smm(幅)×61
1LrIL(長さ)x□、5mm(厚さ)〕、Bは銅板
(25miX6關X Q、5 mm )、Cはアルミニ
ューム板(2,5順×6m11Lx0.21n0、には
コンスタンタン板(2,51n11LX611EX0.
11?+1)にフォトエツチングによって第6図に示す
如く孔3,3・・・・・・をあげたものである。
Here, A is a constantan plate (2smm (width) x 61
1 LrIL (length) x □, 5 mm (thickness)], B is a copper plate (25 mi 51n11LX611EX0.
11? +1), holes 3, 3, . . . are formed by photoetching as shown in FIG.

″またハウジング4は銅合金からなるもので、リード線
2,2を固定し、散水された場合にも内部の熱流センサ
ーが腐蝕しないように用いた。
``Furthermore, the housing 4 is made of a copper alloy, and is used to fix the lead wires 2, 2 so that the internal heat flow sensor will not be corroded even if water is sprinkled on it.

捷たノ・ウジングと熱流センサーとの間隙には熱伝導性
の良好な接着剤5を充填した。
An adhesive 5 having good thermal conductivity was filled in the gap between the broken housing and the heat flow sensor.

このセンサーを、散水面に貼着して検定したところ、感
度は熱流密度10.000 kcal/−に対して出力
電圧が約50Pであり、通常のμVメーターあるいは市
販のペン書き記録計を用いれば充分読み取れる出力であ
る。
When this sensor was tested by attaching it to a water spraying surface, the output voltage was approximately 50P for a heat flow density of 10.000 kcal/-. The output is sufficiently readable.

ことがわかった。I understand.

ちなみに、孔あき熱抵抗板Aを用いないときの推定感度
は、熱?Qc密度10.000kcal/m”hに対し
て出力電圧が0.5μVと見込1れ、この程度の出力電
圧であると通常の計器を用いての計測は極めて困難とな
る。
By the way, the estimated sensitivity when not using perforated thermal resistance plate A is ? The output voltage is expected to be 0.5 μV for a Qc density of 10.000 kcal/m″h, and with an output voltage of this level, measurement using a normal meter is extremely difficult.

地上の説明から明らかなように、本考案による熱流セン
サーによれば、必要とされる感度を熱電対材料板からな
る孔あき板を利用して制御することができると共に、そ
の表面をアルマイト化した場合に良好な電気絶縁性が得
られる等の実用上優れた効果が得られる。
As is clear from the explanation on the ground, according to the heat flow sensor of the present invention, the required sensitivity can be controlled by using a perforated plate made of a thermocouple material plate, and the surface is anodized. In some cases, excellent practical effects such as good electrical insulation can be obtained.

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

第1図は従来知られている構造の熱流センサーにより熱
流密度を測定する状態を示す図、第2図a、b、cはい
ずれも本考案による熱流センサーの概略構成を示す断面
図、第3図は同熱流センサーに用いられる熱電対材料板
(熱抵抗板)A′の斜視図、第4図aは本考案による熱
流センサーを実用的なものとして製作する場合に用いる
部材の構成を示す断面図、第4図すは第4図aに示す部
材を用いて製作された本考案による熱流センサーの概略
構成を示す断面図、第5図は本考案による熱流センサー
の具体的構成例を示す断面図、第6図は第5図に示す熱
流センサーに用いられる熱電対材料板A′に形成された
孔の配置状態を示す図である。 A、A、B・・・熱電対材料板、C・・・アルミニュー
ムまたはアルミニューム合金等からなる金属板(陽極酸
化処理を可能とする金属板)、3・・・孔。
FIG. 1 is a diagram showing a state in which heat flow density is measured by a heat flow sensor with a conventionally known structure. FIGS. The figure is a perspective view of a thermocouple material plate (thermal resistance plate) A' used in the heat flow sensor, and FIG. Figure 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a heat flow sensor according to the present invention manufactured using the members shown in Figure 4a, and Figure 5 is a cross-sectional view showing a specific example of the configuration of a heat flow sensor according to the present invention. 6 are diagrams showing the arrangement of holes formed in the thermocouple material plate A' used in the heat flow sensor shown in FIG. 5. A, A, B...thermocouple material plate, C...metal plate made of aluminum or aluminum alloy (metal plate capable of anodizing treatment), 3...hole.

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] (1) 熱抵抗板を兼ねる第1の熟慮X」材料板の表
裏面に第2、第30熱電苅材料板を前記第1 J)熱電
対材料板と電気的に接触させて薄板状の差動熱電列を形
成し、前記第1の熱電対材料板の表裏面間の温度差を前
記動熱電対の出力電圧として取り出して熱流密度を測定
する方式の熱流センサーにおいて、前記第1の熱電対材
料板または前記第2第30熱電対材料板間に介在させた
前記第1の熱を幻材料板と同一材料からなる第40熱電
対材料板に1何重たは複数個の孔を形成したことを特徴
とする熱流センサー。
(1) The second and 30th thermoelectric material plates are electrically contacted with the first J) thermocouple material plate on the front and back surfaces of the first consideration material plate, which also serves as a heat resistance plate, to form a thin plate-shaped difference. In a heat flow sensor of a type that forms a dynamic thermocouple and measures the heat flow density by extracting the temperature difference between the front and back surfaces of the first thermocouple material plate as the output voltage of the dynamic thermocouple, the first thermocouple The first heat interposed between the material plate or the second and 30th thermocouple material plates is formed in a 40th thermocouple material plate made of the same material as the phantom material plate, with one or more holes formed therein. A heat flow sensor characterized by:
(2)前記第2、第30熱電苅材料板の外側の各面に、
表面に陽極酸化による電気絶縁性の酸化皮膜を有する金
属板をそれぞれ接合してなる実用新案登録請求の範囲第
1項記載の熱流センサー
(2) On each outer surface of the second and 30th thermoelectric material plates,
A heat flow sensor according to claim 1, which is formed by bonding metal plates each having an electrically insulating oxide film formed by anodic oxidation on its surface.
JP3762580U 1980-03-22 1980-03-22 heat flow sensor Expired JPS5935783Y2 (en)

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