JPS6293639A - 迅速熱伝導率測定方法及び装置 - Google Patents

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〕 本発明は材料の基本的な熱物性値である熱伝導率を測定
する方法及び装置を提供するものであって、特に、試料
が例えば２〜３ｃｎｉ角程度の小さなブロックであって
も、そのブロックに一つの平滑な面が存在すれば、簡便
に、し７かも１へ・２分程度の短時間で試料の熱伝導率
が測定できる画期的な発明に係る。

〔従来の技術〕

−Ｃに、熱伝導率を測定する方法としては、大別して定
常法と非定常法とがある。

定常法の基本的な測定法の１つは平板状の試料に対して
一次元の既知の熱流密度ｑ　（Ｗ／ｒ＋？）を貫通させ
、試料の両面の間に生ずる温度差ΔＴを測定して、フー
リエの式 ％式％（１） にもとづいて、試料の熱伝導率ｋを求める方法がある。

ここで、ｋ：試料の熱伝導率（Ｗ／　（ｍ、　−Ｋ））
ｄ：試料の厚さくｍ）である。

、　　この方法はたとえばＪＩＳ１４１３に示されてい
る。

この方法によれば、試料は平板状であること、すなわち
厚さｄに比して、１辺の長さ２が少な（とも１０倍程度
は必要であり、試料面は２つの面ともに平滑でかつ平行
（厚さｄが一定）であることが必須条件である。この条
件を満たすためには、試料の精密加工が必要なこと、そ
してたとえば厚さは１０曹１程度以−トは必要であり、
それに従って一辺の長さは少くとも１００ｍｍ程度の大
きさが必要である。このことから、測定時間を要するこ
と、そして試料はかなり大きな寸法のものが必要となり
、たとえば、２０ｍｍ角程度０材料の熱伝導率を測定す
ることは不可能であった。その他の定常法においても、
たとえば、熱伝導率が既知の標準板と重ね合わせて試料
板の熱伝導率を求める平板比較法（ＪＩＳ１４１２）や
熱流計を用いて熱伝導率を測定するＡＳＴＭ−Ｃ５１８
，Ｉ　ＳＯ２５８１法などがあるが、いずれも上述した
ように試料に対する条件が厳しく、かつ、小さなブロッ
ク状の試料の測定は行なえなかった。次に、非定常法に
おいて、フラッシュ法（ＪＩＳ　　Ｃ２１４１）や熱線
法（ＪＩＳ　　Ｒ２６１８）が代表的な方法として挙げ
られるが、フラッシュ法では試料は厚さ約２１１１．直
径約１０ｍｍ程度の小さな寸法で測定できるが、精密加
工が必要なこと、パルス的に加熱する電源装置が大がか
りとなること、本質的に測定される物理量は熱拡散率で
あること等々の他に装置が高価格となり、試料の準備に
多大の労力を要するなどの欠点がある。また、熱線法は
装置としてはニクロム線などの加熱線や熱電対などの測
温素子が安価であり、しかも一平面があれば、試料の成
型を要さないことから手軽に取扱え、測定も１〜２分で
行なえるなどの利点はあるが、試料の寸法は最小限でも
１５ｍｘ　３０ｍｍｘ　５　Ｑｍｍ程度のもの２枚が必
要であり、特に、無限に長い加熱線を用いるとの数学的
仮定を、実際の試料に適用すれば試料の長さは最小でも
５０〜６０１ｊ程度、通常は１００鰭程度が必要であっ
て、試料もかなり大きなブロックが要求されていた。こ
の外にも、種々の熱伝導率を測定する方法は現存するが
、２〜３　ｃｍ角のブロック状の熱伝導率を測定できる
確立された方法は見当らない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上述したような従来の熱伝導率測定方法では
測定できなかった、２〜３　ｃｍ角程度のブロックとい
う小さな試料の熱伝導率測定を、試料を精密加工するこ
とな←簡易、迅速に行なう方法及び装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
上記問題点を解決するためになされたものであり、その
要旨は、フラットな平面をもつ熱伝導率既知の多孔質断
熱材から成る椀体の該平面のほぼ中央部分に発熱体を埋
設し、さらに該平面の所定の位置に測温素子を埋設し、
該平面と熱伝導率測定用の試料の一平面とを密着せしめ
、発熱体を加熱し、前記測温素子により異なる２時点で
の温度を測定し、これに基づき試料の熱伝導率を算出す
ることを特徴とする迅速熱伝導率測定方法及び熱伝導率
測定素子と熱伝導率測定素子からの出力の検出装置とか
ら構成される熱伝導率測定装置であって、該熱伝導率測
定素子が、フラットな平面をもつ熱伝導率既知の多孔質
断熱材から成る椀体の該平面のほぼ中央部分に発熱体を
埋設した発熱部と、該平面の所定の位置に測温素子を埋
設した測温部とから成ることを特徴とする迅速熱伝導率
測定装置を提供することにある。

発熱体は、一般には金属抵抗線等を用いたヒーターが用
いられるが、例えば光ファイバーによって光を、光吸収
率が一定の吸収板に照射する構造のもの等でもよい。要
は、一定量の熱量が、発熱部から発生するものであれば
、どのような発熱体であってもよい。

また、発熱体及び測温素子は、多孔質断熱材から成る椀
体（以下断熱材ブロックという）と熱伝導率測定用試料
の側平面の密着平面部に位置するように配置すればよい
。

密着平面上での発熱体の２次元的な位置では、はぼ中央
部に配置される。即ち測定時間内に、発熱体からの発熱
が断熱材ブロックの外辺へ逃げないことが必要であり、
その限度においてほぼ中央部に配置する必要がある。

第２図〜第５図は、本発明の基本となる測定式について
説明するーための説明図である。これらに基づいて、本
発明の原理について説明する。

まず、前提となる解析について述べる。

第２図のように非常に小さい球状の熱源１　（半径をｒ
ｏとする）が、非常に大きな試料２の中に存在し、ある
時間から一定の熱ｆｑ（Ｗ）を発熱し続けたとき、熱源
の中心から距離ｒ（試料中又は熱源１の表面）の位置の
温度Ｔがどのような伝熱方程式で表わされるかを求める
。まず、点熱源による位置「における温度Ｕの一般解は
周知のように で与えられる。

ここで、ｔは時間（ｓ） ａは試料の熱拡散率（ＩＴｒ／ｓ） である。

さらに、熱源１は一定の熱ｌｌｑを時間Ｑ−ｔまで発熱
し続けるとき、求める温度Ｔは で与えられる。

また、熱源の表面ｆ！　ｒｏで、ｒｏを無限に小さい（
ｒ、−＝Ｏ）としたときの境界条件はｒ０→０（４） となる。

ここで、Ａは定数、ｋは試料の熱伝導率（Ｗ／（ｍ−Ｋ
））である。

（３）式を（４）式の条件のもとで解くと（５）式にお
いて、測定点ｒが小さく、かつ時間ｔ。

が充分大きくて、ｒ”　／１２π（ａ　ｔ）”＜　０．
　ＯＩＩＫ’Ｅであれば、（５）式に対して約１％の近
似式として次式が成立する。

（６）式において、時間ｔ、とｔｚ４こおける温度をそ
れぞれＴ、、ＴＺとすると である。

したがって、 となる。

さらに、ｔｚ＝４ｔ＋の時間をとれば（９）式は簡単に
なって となる。

以上から（９）式あるいはαＱ式によって熱伝導率ｋが
求められる。

次に、（７）、　（８１式から試料２の熱拡散率ａを求
めると 又は である。

従って、（１１）式から直接、熱拡散率ａは求められる
。又（１２）式からは熱伝導率ｋを（９）弐によって求
めれば、熱拡散率ａも求められることがわかる。

以上述べた解析をもとに、次に本発明の測定式について
述べる。

第３図に示す如く、熱伝導率がｋである試料と、熱伝導
率かにθである材料３が存在し、かつ各々の熱拡散率は
それぞれａで相等しい２種類の材料が熱源１のまわりに
存在するときは前述した（４）式は、ｒ＝ｒ０　（ｒ、
→０）において次の如くとなる。

井訃 そして、求める温度分布Ｔ　（＝Ｔθ）は（５）弐に対
応して （１４）弐の近似式を求め、さらに【９）弐に対応する
式を求めると、 そして、θ＝πラジアンのとき、すなわち第４図の如く
試料２と材料３が丁度半分ずつ存在するときは、 となる。

なお、（１５）式において、θがπラジアンより大きく
で、たとえばθ＝□πラジアンのときは式は となって、ｋ６の係数は大きくなる。本発明は第３図の
状態をもとに、（１５）式を基礎として、熱伝導率が既
知（ｋ　ｅ）で、しかも断熱性に冨んだ多孔質材料即ち
、断熱材ブロック（材料３）を用いて、次式から試料２
の熱伝導率ｋを求めんとするものである。（１５）式で
測温点ｒは一定で、試料２と断熱材ブロック３の境界面
の温度を測定するものとすると、 Ａ、Ｂは定数 さらに、発熱量ｑはヒータを用いれば、ヒータの抵抗Ｒ
（Ω）一定とヒータを流れる一定電流■とから ｑ＝ＲＩ”　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９
）したがって、定数Ａｏ　、Ｂｅ　　（＝Ｂ）を用いて
（１８）式は次式で書き換えられる。

本発明における熱伝導率測定式は（１８）式又は（２０
）式によるものであって熱伝導率が既知で、しかも断熱
性に冨んだ多孔質の材料、即ち、断熱材ブロック３と熱
伝導率が未知の試料２とが第４図のように一平面を境界
として相接する状態で実施する。しかし、小さな球状の
ヒータについては製作が難かしく、かつ第４図のように
両方の材料の中央に配置させることは実用上極めて困難
であるから、この点熱源を満足するヒータ形状、そして
測温素子および断熱性に富んだ多孔質材料、即ち、断熱
材ブロック３の３者の配置について検討し、これら３者
を熱伝導率の測定素子として一体化した構造のものにつ
いて述べる。

第１図（ａ）は熱伝導率既知の多孔質断熱材からなる椀
体即ち断熱材ブロックの中に、発熱体、例えばヒータを
保持するための小径の良熱伝導性の管体７とその周囲に
コイル状に巻かれたヒータ４を配置し、管体の中に測温
素子をおさめた構造であって、これらを一体構造とすれ
ば熱伝導率の測定素子８が形成される。断熱材ブロック
は円柱状でも直方体状でもよく、一平面を有するブロッ
ク状であればよい。第１図（ａ）の円柱状のヒータは小
球状のヒータの近似の第１の姿であって、これはヒータ
が小球状であれば、小球状ヒーターダ が第２図のように試料２と断熱材ブロック３との間に存
在する状態を近似している。すなわち、試料の熱伝導率
の測定式は（１５）式に相当するものである。もっとも
（１５）式であろうと、（１６）式であろうと実際に用
いる測定式は（１８）式又は（２０）式である。第１図
（ａ）において、管体７は銅やアルミニウム、ステンレ
スなどの直径０．５〜２龍程度の金属管やアルミナ管な
どの磁性管が用いられる。

そして、試料２に接する部分は閉端管でも開放管でもい
ずれでもよい。要は管体が試料と密着し、ヒータからの
発熱を熱抵抗が小さい状態で試料へ伝熱できればよい。

次に、ヒータ４としては直径が０．０２　ｍｗａ〜０．
２　ｍｍ程度のニクロム１腺、コンスタンクン線、白金
線、ニソゲル線など金属抵抗線等が用いられる。要はヒ
ータとなるような電気抵抗を有するものであればよい。

そして、ヒータ線は管体７の外周に巻きつけるので電気
絶縁波）Ｗされたものが通常用いられる。

また、測定素子６としては熱電対や小径のビード形サー
ミスタや白金測温抵抗体など温度計測で使用される測温
素子が使用できる。但し、測温素子の測温点はなるべく
小形であることが望ましい。

上述した第１図（ａ）が実用上量も一般的な構造である
が、その他、使用できる構造としては第１図（ｂ）のよ
うに測温素子６をヒーターの外側の近傍に配置した構造
でもよい。この場合管体７としては（ａ）で説明したも
のがそのまま使える。

また、単に小径の銅やアルミニウムの丸棒とい・うより
針金線を管体７の代わりに用いてもよい。

次に、（ａ）、　　（ｂ）ではヒータを管体７の外周に
巻きつけたが、管体の内側にヒータを収納してもよく、
この場合は通常同図（Ｃ）のように測温素子６は管体の
外側に配置される。

また、（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）ではヒータを整形するた
めにダミーの管体又は丸棒を用いたが、同図（ｄ）のよ
うに管体を用いないで測温素子６が熱電対やサーミスタ
であってその測温部が試料２に密着するように平面（同
図は半球状）を存する構造とし、ヒータ線はその測温素
子の測温点近傍の周りに直接巻きつけた構造が用いられ
る。ダミーの管体や丸棒が存在しないので、熱容量が小
さくなり、したがって（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の場合に
比して、短時間での測定が可能となる。また、同図（ｅ
）は帯状の熱電対線９の温接点１０の近傍にヒータ４を
巻つけ、近似的に方形板状のヒータを形成したものであ
る。

上述した（ａ）〜（ｅ）の構造ではヒータ４と測温素子
６とは必ず電気的に絶縁されていることが必要であるこ
とは申すまでもない。

以上説明した（、ａ）〜（ｄ）は理論解析上に小球状の
ヒータを円柱状、コイル状のヒータで近似した構造であ
って、試料面と接するヒータ部が平坦であることが肝要
である。また、（ｅ）は小球状ヒータを小形の方形板状
ヒータに置き換えた測定素子である。さらに、この板状
ヒータでの近似ヒータを用いた測定素子の例について述
べる。

第４図（ｆ−１）、　　（ｆ−２）は精密微細加工の可
能なフォトエツチング加工技術によって、外寸法１〜２
龍程度の薄板状ヒータとして製作する例を示す。また、
φを０．１　ｍｍ程度の絶縁被覆ヒータ線（コンスタン
クン線など）を巻き込んでカトリセンコウのように巻き
、薄板状ヒータとした同図（ｆ−３）の構造のヒータが
使用できる。これらの薄板状ヒータを使って測定素子を
構成する例を同図の（ｇ）、（ｈ、）に示す。板状ヒー
タは試料と断熱材ブロック３との境界に存在し、いずれ
においても、測温素子６はヒータの面上かあるいはヒー
タの外側でしかもヒータ近傍の境界面の温度を計測する
ように配置する。この（ｇ）、（ｈ）の構造では薄板状
ヒータは断熱ブロック３と試料２との間に存在せしめる
ことができるので、熱伝導率の測定式は略（１６）式と
なり、第５図のようにヒ−タが存在するときの（１５）
式を用いる場合よりも熱伝導率の測定精度は向上する。

以上第１図（ａ）〜（ｈ）の図を例に実用的な測定素子
の説明をしたが、これらにおいてはいずれも温度測定用
の測温素子を用いる構成について述べた。しかし、白金
線やニッケル線のように電気抵抗の温度係数が既知であ
って、すなわち測温抵抗体として用いることのできる素
線をヒーター線として用いれば、測温素子６を用いるこ
となくヒーター兼測温素子として用いることができるの
で測定素子の構造は而単になる。

これまで、発熱体としてヒーターを用いた例について、
説明したが最近発展の目ざましい光ファイバー１１を用
いて、外部から光を加熱源として導入した構造について
第１図（ｉ）に断熱構造を示す。光ファイバーは石英ガ
ラス系、多成分ガラス系、プラスチック系などいずれの
試料を用いてもよく、その先端で試料面と接する面は光
の吸収率を一定とするために黒色塗装置２又は黒色材料
板が接着されている。光ファイバーへ光を送る光源とし
てはレーザーやハロゲンランプ、タングステンランプが
用いられる。測温素子６は光ファイバーの外側に接する
ように、しかも試料２と断熱材ブロック３との境界面の
温度を測定するように配置される。

なお、上述した第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）
。

（ｇ）、　（ｈ）、　（＋）の構造では断熱材ブロック
とヒータ等の発熱体と測温素子の３者が一体構造である
測定素子として説明したが、予め上述の３者を一体構造
としておくのではなくて、例えば測定に際して、円板状
のヒータや円球状のヒータと測温素子を試料面に置き、
更に、その上に熱伝導率が既知の断熱材ブロックを置い
て測定時に３者が一体となるようにして測定してもよい
。すなわち、測定時に（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　
（ｄ）、　（ｇ）、　（ｈ）。

（ｉ）の構成が完成されていれば、本発明の効果を享受
し、本発明の技術的範囲に属することはいうまでもない
。

また、断熱材ブロックの形状については、円柱状、立方
体、直方体などであり、寸法的には測定時間において、
ヒータからの発熱が断熱材の外辺へ逃げないだけの大き
さであればよい。

〔実施例〕

本発明の測定装置の一例を第６図に示す。第１図（ａ）
に相当する測定素子８を製作した。

断熱材ブロック３として１０１重厚さで５０ｍｍφの発
泡ポリエチレン２枚を用意し、２枚を重ね合わせて外周
をビニールテープ８′で巻き２枚が密着するようにした
。管体７は外径１．５ｍｍ、内径１、Ｑｉｎ、長さ約１
０龍の鋼管であって試料に接する側に、約０．２　ａｍ
厚の銅板１３が鋼管に半田付けされて閉端管を形成して
いる。管体の外周には外径０．１　ａｍのエナメル被覆
されたコンスタンクン線を巻き込み、約２．９Ωの電気
抵抗とした。ヒータのリード線５は銅線である。測温素
子６としては外径０．１鶴でエナメル被覆されたＴ熱電
対（銅。

コンスタンタン熱電対）が使用された。

次に、測定回路について説明する。ヒータ４へは定電流
電源１４から供給する。測温に際してはＴ熱電対用の冷
接点補償器１５を接続する。このままの状態で出力電圧
を検出すると測定素子８が置かれた雰囲気の温度に相当
するＴ熱電対の出力電圧がヒータによって加熱される前
から発生しているので、この雰囲気の温度をプリカット
するための直流電圧発生器１６を接続する。こうするこ
とによって、雰囲気温度に相当する出力電圧は直流電圧
発生器１６によって消去され、ペン書き記録計１７へは
ゼロ入力となる。また、直流電圧発生器のプリカット電
圧値を読みとることによって、測定開始前の雰囲気温度
がわかる。

第６図で説明した測定素子８と測定回路によって、試料
としてシリコーンゴム、ソーダガラス。

石英ガラスの３種の材料を選び実測したときの結果につ
いて述べる。各試料の寸法は約５０Ｘ１００Ｘ１５ｕ（
厚）であって、測定素子に接触する面は平滑面である。

シリコーンゴム（熱伝導率０．２４　Ｗ／　（ｍ　−Ｋ
）ａｔ３０℃）の上に測定素子８を乗せて密着させ、ヒ
ーター４から一定熱量ｑ（０，０９５Ｗ）を発熱させた
ときの経過時間と温度上昇の関係を第７図に示す。横軸
に１　／（ｔ　（ｔは経過時間で単位は秒）、縦軸に温
度上昇をとると、同図のように３０秒〜１００秒におい
て直線関係が得られる。３０秒より以前はヒータの熱容
量や解析式における高次の項の省略が成立しないために
直線とはならなかったと思われる。直線部分の３０〜１
００秒におい（＝ｆ　　（ｔ、Ｔ）とおく）を求めると
２．５５　Ｘ１０−３が得られた。再測定によって、ｆ
　　（ｔ、Ｔ）を求めると２．５１　Ｘ　１０−’であ
り、良い再現性であることがわかった。

次に、ソーダガラス（熱伝導率１．１０　Ｗ／　（ｍ・
Ｋ）ａｔ３０℃）を試料としてｆ　　（ｔ、Ｔ）を求め
た。ｆ　（ｔ、　Ｔ）　−３，４ｘ　１０−３と３．５
Ｘ１０−’であった。シリコーンゴムとソーダガラスで
求めたｆ　（ｔ、　Ｔ）の値を使って、（１８）式の定
数Ａ。

Ｂを求めると 求めた定数Ａ、＋３において、ヒータが理想的に第４図
に示したように断熱材ブロックと試料の中間に存在する
ならば、Ｂ値は発泡ポリエチレン材料の熱伝導率である
約０．０４９Ｗ／　（ｍ　−Ｋ）となる筈である。しか
し第６図からもわかるようにヒーターが第５図のような
存在状況であるので、の値になっていると考えられる。

次に、石英ガラス（熱伝導率１．３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）ａ
ｔ３０°Ｃ）を試料としてｆ　　（ｔ、Ｔ）を求めると
、３．７Ｘ１０−：Ｉと３．９Ｘ１０−３となった。

平均値としてｆ　　（ｔ、Ｔ）は３．８Ｘ１０−’であ
り、これを（１８）式に代入し、上述したＡ、Ｂ値を使
用して（１８）弐を計算すると、石英ガラスの熱伝導率
は１．４３Ｗ／　（ｍ−Ｋ）として求まる。この求めた
値は石英ガラスの熱伝導率１．３７Ｗ／　（ｍ　−Ｋ）
に対して誤差＋４．４％であり、良い精度で石英ガラス
の熱伝導率の求まることがわかった。

第８図に、上述のｆ　　（ｔ、　’ｒ）と各試料の熱伝
導率との関係を示しておく。

本測定、素子は外径５０ｍｍ、厚さ２０鶴で製作したが
、ヒータ部分を小さく、すなわち、鋼管が外径１．５鶴
より小さく、さらには、管体のない第１図（ｄ）のごと
きヒータであれば熱容量は小さくなり、したがって測定
素子としても外径３０ｍ。

厚さ２０１１程度の小形とすることができる。

次に、第６図に示した測定素子からの信号を自動的に処
理して熱伝導率を求める演算回路について説明する。製
作した自動演算回路の１例を第９図に示し、その動作を
説明する。本演算器は（２０）式を演算する回路であっ
て、測定素子８は予め、熱伝導率が既知の複数の標準サ
ンプルによって、定数Ａｏ、Ｂｏ値が求められている。

測定素子６　（ここではＴ熱電対を用いた）の出力電圧
は前述増幅器２１によって適度に増幅され　　：てプリ
カート回路２２を経てアナログマルチプレクサ−２７へ
送られる。また、前述増幅器２１の　　、出力は温度計
測用アンプ２４を通して適度に増幅　　・されアナログ
マルチプレクサ−２７へ送られる。

温度入力については熱電対からの入力であるので、熱電
対の冷接点の温度補償をする必要がある。本回路では半
導体式温度計を自動冷接点補償器２５として用い、アン
プ２６を通じてアナログマルチプレクサ−２７へ信号が
送られる。アナログマルチプレクサ−２７へ入力された
各信号電圧は順次、Ａ／Ｄ変換器２８によってディジタ
ル量化され、ディジタルインプット回路２９へ送られる
。ディジタルインプット回路２９には前述の各信号電圧
の他に、測定開始のためのスタートボタン３ｏおよび測
定中止またはクリアーのためのりセントボタン３１から
のディジタル信号及び定数Ａ。＋　Ｂ　Ｑを設定するた
めの定数設定器３２からのディジタ「し信号が入力され
る。この定数設定器は必要によっては複数組設けておい
て、熱伝導率の測定値の范囲に応じて最適な定数Ａｏ　
、ＢａＯ値で演算できるようにしておくことも得策であ
る。ディジタｊレインブー／　ト回路２９からの出力は
処理装置３３、そしてＲＯＭ、ＲＡＭを用いた記憶装置
３４へ送られる。記憶装置では（２０）式の演算式や、
測温素子６の温度と出力電圧の関係や測定開始時に測温
素子から人力されていた電圧等々が記憶されている。ま
た処理装置３３では演算するためのサンプリング時間１
．．１２の選定などが行なわれる。

処理装置３３からの出力はディジタルアウト回路３５へ
送られる。ここにおいて、１つは、結果を表示するため
の熱伝導率表示装置３６測定温度表示装置２７へ出力し
て結果を表示する。熱伝導率値は（２０）式の演算結果
であり、測定温度は測定開始時ｔ０の温度Ｔ０と測定終
了時ｔ２の温度Ｔ２の算術平均値を示す。

もう１つは測定のためのスタート時ｔ０の表示、サンプ
リング時間ｔｌ＋　　ｔ２を表示するためのＬＥＤ表示
燈３８へ信号が出力し、各々の時間で点燈する。時間１
．はたとえば３０秒、ｔ２はたとえば９０秒が選ばれた
。ディジタルアウト回路３５からのもう１つの出力は重
要であって、Ｄ／＾変換器２３によってアナログ量へ再
変換され、プリカット回路２２への差動人力となる。す
なわち、演算に必要な温度はヒーター４からの発熱によ
って上昇する温度Ｔ　Ｉ、　Ｔ　ｚが必要であって、測
定素子の存在していた雰囲気の温度Ｔ。分は瀘じておく
必要がある。このためにスタート釦３０によって測定が
回路されると同時に、その接点に測温素子６から入力し
ていた温度信号量を記憶装置３４で記憶するとともに、
Ｄ／Ａ変換器２３を通してプリカット回路２２へ返し、
その後の測温素子６からの入力電圧から測定開始時ｔ。

、の測温素子からの入力電圧を自動的に差し引いて入力
するようにしている。こうすることによって、Ａ／Ｄ変
換器２８の必要桁数は大幅に小さくすることができ、そ
して分解能も向上する。

プリカット回路３９は測温素子６からの人力を外部へ取
り出して監視するために、上述の測定開始時に測温素子
６から入力している電圧を手動でプリカットするための
もので、可動コイルメータ４０やレコーダ接続端子４１
へ別途用意したレコーダを接続して、ヒータ４によって
加熱され続けるときの測温素子６の温度変化を監視する
ためのものである。

次に、電源回路について説明する。

スタート８０３０が押されるとディジタルアウト回路３
５から信号が発せられ電流制御器４４を動作させる。電
流制御器４４には電流値を切り換えるための切換器４５
があり、その設定値はディジタルインプット回路２９へ
入力されて（２０）式の演算のときの１２の計算値とし
て使われる。電流は、電源回路４２から直流の一定電流
を供給するための回路４３と電流制御器４４を通って所
定の一定電流がヒータ４へ供給される。そして、測定終
了のサンプリング時間ｔ２をすぎるとディジタルアウト
回路からの接合によって自動的にオフする。

電源回路４２にはヒータ４への電流供給だけでなく、各
種ＩＣ，増幅器を駆動させるための電圧Ｖｃｃ、　　Ｖ
ｄｄ、　　Ｖｅｅが送られる。

以上詳述したように本回路によって（２０）弐に係る演
算が自動的に行なわれ結果が自動的に表示され、熱伝導
率測定が極めて簡単である。

ここで述べた自動演算回路は現状のエレクトロニクス技
術のレベルをもってすれば比較的容易に製作できる。

〔効　果〕

本発明の方法又は装置によれば、２〜３　ｃｍ角程度の
ブロックの小さな試料であっても、その試料に小なくと
も１個の平滑な平面があれば、或いは、そのような面に
加工することにより試料を精密加工する必要もなく、簡
便で短時間に正確に試料の熱伝導率を測定することがで
きる。特に、熱伝導率測定素子からの出力に、計算回路
を組み合わせれば、容易に自動測定が可能であり、その
効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱伝導率測定装置の熱伝導率測定素
子についての実施例を示す。 第２図〜第５図は、本発明の基本となる測定式について
説明するための説明図である。 第６図は、本発明の測定装置の一例を示す説明図である
。 第７図は、試料：シリコンゴムについての測定結果（経
過時間と温度上昇）を、第８図は、各種試料の熱伝導率
とｆ　　（ｔ、Ｔ）との関係を示す。 第９図は、本発明の熱伝導率測定のための、自動演算回
路の一例を示す。 １・・・熱源、２・・・試料、３・・・断熱材ブロック
、４・・・ヒータ、６・・・測温素子、７・・・管体、
８・・・熱伝導率測定素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フラットな平面をもつ熱伝導率既知の多孔質断熱材
   から成る塊体の該平面のほぼ中央部分に発熱体を埋設し
   、さらに該平面の所定の位置に測温素子を埋設し、該平
   面と熱伝導率測定用の試料の一平面とを密着せしめ、発
   熱体を加熱し、前記測温素子により異なる２時点での温
   度を測定し、これに基づき試料の熱伝導率を算出するこ
   とを特徴とする迅速熱伝導率測定方法。 ２、熱伝導率測定素子と熱伝導率測定素子からの出力の
   検出装置とから構成される熱伝導率測定装置であって、
   該熱伝導率測定素子が、フラットな平面をもつ熱伝導率
   既知の多孔質断熱材から成る塊体の該平面のほぼ中央部
   分に発熱体を埋設した発熱部と、該平面の所定の位置に
   測温素子を埋設した測温部とから成ることを特徴とする
   迅速熱伝導率測定装置。 ３、発熱部及び測温部が、細い管体とその管体の内側又
   は外側にコイル状に巻かれた発熱体と、前記発熱体の近
   傍に配設された測温素子とから成り、前記管の底面と測
   温素子の測温点が、実質的に、多孔質断熱材からなる塊
   体のフラットな平面上に存在することを特徴とする特許
   請求の範囲第二項記載の迅速熱伝導率測定装置。 ４、発熱部及び測温部が、細い棒状体とその棒状体の外
   周にコイル状に巻かれた発熱体と、その発熱体の近傍に
   配設された測温素子とから成り、前記棒状体端面と測温
   素子の測温点が実質的に多孔質断熱材から成る塊体のフ
   ラットな平面上に存在することを特徴とする特許請求の
   範囲第二項記載の迅速熱伝導率測定装置。 ５、発熱部及び測温部が、測温点が実質的に多孔質断熱
   材から成る塊体のフラットな平面上に存在し該平面に実
   質的に垂直に配設された測温素子と、前記測温素子の測
   定点近傍に測温素子のリード線を芯としてコイル状に巻
   かれた発熱体とから成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第二項記載の迅速熱伝導率測定装置。 ６、発熱部及び測温部が、帯線状の熱電対とその熱電対
   の温接点部分にコイル状に巻かれた発熱体とから構成さ
   れ、前記熱電対の温接点部分が、実質的に多孔質断熱材
   から成る塊体のフラットな平面上に存在することを特徴
   とする特許請求の範囲第二項記載の迅速熱伝導率測定装
   置。 ７、発熱体及び測温素子とが同一の部材であることを特
   徴とする特許請求の範囲第二項記載の迅速熱伝導率測定
   装置。 ８、発熱部及び測温部が、先端面が、光吸収率一定の吸
   収板で封止された光ファイバーと測温素子とから構成さ
   れ、光ファイバーの先端面が実質的に多孔質断熱材から
   成る塊体のフラットな平面上に存在することを特徴とす
   る特許請求の範囲第二項記載の迅速熱伝導率測定装置。 ９、熱伝導率測定素子からの出力の検出装置が、発熱体
   の加熱によって温度上昇する測温素子の出力電圧を検出
   する機能と、その出力電圧をディジタル化する機能と、
   その値を時間ｔの関数として記憶する機能と、ディジタ
   ル化した電圧を温度Ｔに換算する機能と、相異なる時間
   ｔ＿１、ｔ＿２における温度Ｔ＿１、Ｔ＿２により次式
   に基づいて試料の熱伝導率ｋを計算する機能とより成る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第二項記載の迅速熱伝
   導率測定装置。 ｋ＝Ａ＿０｛Ｉ＾２［√（ｔ＿２／ｔ＿１）−１］｝／
   ｛［√（ｔ＿２／ｔ＿１）Ｔ＿２−Ｔ＿１］｝−Ｂ＿０ 但し、Ｉは発熱体の加熱電流、Ａ＿０及びＢ＿０は、定
   数である。