JPS5810124Y2 - 熱流計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は物体から放射される放熱量あるいは物体内を移
動する熱流量を測定する熱流計に関する。

一般に熱流計は薄い熱抵抗体の表裏の温度差を検出して
熱流量に換算する方式がとられており、第１図のように
差動熱電対または差動熱電対群を使用したもの、および
第２図のように測温抵抗体またはサーミスタを使用した
ものが知られている。

第１図の熱流計は、熱流に対して垂直に配設された薄い
熱抵抗体１と、この熱抵抗体の表面と裏面の温度差を電
圧に変換する熱電対群２と、熱抵抗体１と熱電対群２を
被覆する被覆材３ ａ 、３ ｂとにより熱流センサ４
を構成し、熱流センサ４の出力端子ａｌ、ｂｌに接続さ
れる熱流表示部５ａが上記温度差に相当する電圧を受け
て熱流量を表示するようになっている。

第２図の熱流計は、第１図と同様に配設された熱抵抗体
１と、この熱抵抗体１の表面と裏面の温度を検出するサ
ーミスタあるいは測温抵抗体でなる感温抵抗素子６ ａ
、６ ｂと、熱抵抗体１および感温抵抗素子６ ａ
、６ ｂを被覆する被覆材３ ａ 、３ ｂとにより熱
流センサ４を構成し、熱流表示部５ｂが熱流センサ４の
出力端子ａ２．ｂ２．Ｃの信号に基いて温度差を求めて
熱流量を表示するようになっている。

熱流表示部５ｂは第３図に示すように、上記感温抵抗素
子６ａ、６ｂとブリッジ回路を構成する電気抵抗器７ａ
、７ｂと、これらの抵抗器７ａと７ｂの間に介挿される
調整用電気抵抗器８ａと、ブリッジ回路に直流電圧を供
給する直流定電圧源９と、一方の入力端子ａ１が感温抵
抗素子６ｂと抵抗器７ａとの接続点（端子ａ２）に接続
され、他方の入力端子ｂ１が感温抵抗素子６ａと抵抗器
７ｂとの接続点（端子ｂ２）に接続される第１図と同様
な構成の熱流表示部５ａとからなっている。

第１図および第２図の熱流表示部５ａに入力する直流電
圧は等しくすることができるので、感温抵抗素子を用い
た熱流センサであっても差動熱電灯群を用いた熱流セン
サであっても、表示部５ａにおける信号処理は同じであ
る。

ところで、測定対象の熱流量Ｑ （ｋｃａｌ／ｒｎ２ｈ
）と熱流センサ４の出力端子ａｌ、ｂ１間に生じる電
圧ｕＦ（ｍＶ）との関係は Ｑ −Ａ Ｘ Ｕ Ｆｌ ・・・・・・・・・
（１）で示される。

ここで、Ａは熱流センサ４の感度の逆数である。

この感度の逆数Ａは、通常、既知の熱流量Ｑ。

（ｋｃａｌ／ｍ ２ｈ ）を発生することのできる検定
装置に熱流センサ４を配置して、熱流量Ｑ。

と熱流センサ４の出力端子ａｌ、ｂ１間の電圧ＵＦＯと
の比、すなわち次式から求められられる。

このようにして求められた熱流センタ４の感度の逆数Ａ
は熱流センサ４に固定の定数である。

しかしながら、この値Ａは熱流センタによってバラツキ
があるとともに、１０，１００といったいわゆるきりの
良い値とならないので、単に温度差に相当する電気信号
を指示計に印加しただけでは熱流値を直示させることが
できない。

そこで、従来は例えば第４図に示すように熱流表示部５
ａ側に感度の逆数Ａに相当する値を設定する可変抵抗器
１０を設け、この抵抗器１０により分圧された電圧を増
幅器１１により増幅し、指示計１２に熱流量を表示させ
る方法が提案されているが、通常、熱流センサ４側のイ
ンピーダンスが数１０Ω乃至数１００Ωであって、その
インピーダンスにバラツキがあるため、可変抵抗器１０
の全抵抗をセンサ側のインピーダンスより大きくする必
要があり、例えば１０ ｋΩ程度にしなければ上記感度
の逆数Ａを設定するのに十分な精度が得られない。

従って、増幅器１１の人力インピーダンスを大きくする
必要があり、しかもＵＦは通常数ｍＶ乃至数１−ＯｍＶ
という低電圧レベルであるため、抵抗器１０により分圧
して得られる電圧は更に小さくなり、増幅器１１のＳ／
Ｎ比は極めて良いものが要求され、高度且つ複雑な回路
設計が必要となる。

また、感度の逆数Ａに相当する分圧比を抵抗計にて直接
測定して設定しようとする場合には、可変抵抗器１０を
一旦、熱流センサ４および増幅器１１から電気的に分離
しなければならず、製造工程管理が著しく面倒となる。

さらに、多くの測定場所に各々熱流センサ４を設置して
おいて、一台の表示部５ａに順次接続換えして測定を行
う場合には、表示部５ａの可変抵抗器１０の値を液流セ
ンサ４を切換るごとに設定し直す必要があり、作業が煩
雑となり、また設定の変更を忘れた場合には、誤った熱
流量が表示されてしまうという問題点がある。

本考案は従来のこのような問題点を解決するためになさ
れたもので、複数の熱流センサを一台の熱流表示部に切
換えて接続して熱流量を表示させる場合に感度調整のた
めに可変抵抗器の値を変化させる必要がなく、構成が簡
単で且つ精度よく熱流量を測定することのできる熱流計
を提供することを目的とする。

この目的を遠戚するために、本考案は、熱流センサ側に
この熱流センサの感度に応じた値（例えば感度に比例し
た値、感度の逆数等）を予め設定する抵抗器をそなえる
とともに、表示部側に増幅器と、指示計とをそなえ、測
定時に前記増幅器が前記熱流センサの出力電圧を増幅し
、前記抵抗器が前記増幅器の出力信号に対して分圧回路
として動作することにより前記熱流センサの感度の調整
が行なわれて前記指示計に熱流量が表示されるものであ
る。

以下、添付図面を参照して本考案の実施例を説明する。

第５図は本考案による熱流計の一実施例を示す。

この実施例を大きくわけて、熱流感知部Ｈ３と、この熱
流感知部Ｈ３の出力に応して熱流量を表示する熱流表示
部ＤＳとからなっている。

熱流感知部Ｈ５は、熱流量を電圧値に変換する熱流セン
サ４と、この熱流センサ４を表示部ＤＳに連結するため
のコネクタ部１４ ａとからなっている。

熱流センサ４は第１図に示したような差動熱電対を使用
したものあるいは第２図に示したような感温抵抗素子を
用いたもの、またはこれらと同様な機能を有するもので
構成されている。

コネクタ部１４ ａは熱流センサ４の出力端ａ １．ｂ
１にそれぞれ接続されていると力端子Ｃ１，ｄ １と
、熱流センサ４の感度の逆数Ａに応じた値ｒａに予め設
定される可変抵抗器１３ ａの一端および他端がそれぞ
れ接続されている出力端子ｅｌ、ｆｌとがらなっており
、熱流感知部Ｈ３と熱流表示部ＤＳとが接続されていな
い状態では、熱流センサ４と抵抗器１３ａとは電気的に
絶縁されている。

熱流表示部ＤＳは、熱流感知部Ｈ５のコネクタ部１４
ａと連結されるためのコネクタ部１４ｂと、前記増幅器
１５と調整用可変抵抗器８ｂ（すなわちこの考案におけ
る抵抗回路）と、入力インピーダンスが大きく出力イン
ピーダンスが小さい例えば演算増幅器等でなる増幅器１
６と、この増幅器１６の出力側に接続され、例えば可動
コイルメータあるいはテ゛イジタル電圧計等からなる指
示計１２とを有している。

上記コネクタ部１４ｂ中１．入力端子Ｃ２は前記増幅器
１５の入力端に接続され熱流感知部Ｈ５側の出力端子Ｃ
１と連結するための端子であり、接地端子ｄ２は熱流感
知部Ｈ５側の出力端子ｄ１と接続されるための端子であ
り、入力端子ｅ２は調整用抵抗器８ｂと増幅器１６との
接続点に接続され熱流感知部Ｈ５側の出力端子ｅ１に接
続されるための端子であり、接地端子ｆ２は熱流感知部
Ｈ３側の出力端子ｆ１に接続されるための端子である。

このように構成された第５図の実施例において、コネク
タ１４ａとコネクタ１４ｂとが連結され、熱流感知部Ｈ
５と熱流表示部ＤＳとが電気的に接続されると、熱流セ
ンサ４の出力端ａｌ、ｂ１間の電圧ＵＦが前置増幅器１
５により増幅され、増幅された電気信号に対して調整用
抵抗器８ｂと可変抵抗器１３ ａが分圧回路として動作
する。

今、増幅器１５の出力インピーダンスと調整用抵抗器８
ｂとの抵抗和をｒｌ、定数Ａの設定用電気抵抗器１３ａ
の抵抗値をｒａ、前置増幅器１５と増幅器１６との各増
幅率の積による全増幅率ｇ（一定）とすれば、指示計１
２にて表示される熱流量Ｑは となる。

従って、式（３）と式（１）を比較すれば、ｒａ−ｇ（
ｒ、＋ｒａ）が定数Ａに相当することがわかる。

ここで、定数Ａに対応して設定される抵抗値ｒａは分子
、分母双方に存在するが、増幅器１５の出力値（ＵＦを
増幅した値）は十分大きな値である。

従って、ｒａの可変範囲を０〜１００Ｑ、ｒｌを５〜２
０にΩ程度として分圧しても、増幅器１６へ入力される
信号電圧はＵＦと同等あるいはそれより大きな値として
得ることができ、増幅回路上ＳＮ比の点で極めて好都合
である。

第６図は、ｒｌを５にΩ程度、増幅率ｇを５００程度、
Ｕ４、をｌＱｍＶ、ｒａとＡを１：１に対応するとして
ｒａを１０Ｊ７から１００ 、！Ｑの間のいくつかの値
をとったときの第５図の実施例の誤差率を示す。

この図から明らかなように、ｒａが５０Ωのとき正しい
熱流値５００ ｋｃａｌ／ｍ２ｈを示すように調整した
場合、ｒａが１０〜１００Ｑの範囲の値をとるときに抵
抗値ｒａは±１％以内の精度で定数Ａの値に対応させる
ことができることがわかる。

また抵抗ｒ１の選び方によって容易に±０．５％以内の
精度にすることができる。

また、第５図の実施例では、熱流感知部Ｈ３内に配設さ
れる電気抵抗器１３ａの値の設定は、いちいち抵抗器１
３ ａの接続をはずして行う必要がなく完成品のまま精
度良く行えるので、作業性が向上する。

また、感度の逆数Ａと抵抗器１３ａの値とを１：１にす
ることにより、抵抗器１３ Ｈの値はＡの値に設定すれ
ばよいので設定値を間違えるというおそれがない。

また、熱流表示部ＤＳ側の調整は、予め模擬の電気抵抗
を用いて例えば上述の例ではｒａ＝５０．Ｑのとき正し
い熱流値が指示されるように回路調整しておけば、複数
の熱流感知部ＤＳを切換えて接続して熱流量を表示する
場合にいちいち調整を行う必要がない。

換言すれば第５図の熱流計は互換性を有するものである
。

第７図は第５図の実施例を変形してより精度の高い測定
を行えるようにしたものである。

なお、第７図中、第５図と同一部分には同−何分が付さ
れている。

第７図において、熱流感知部Ｈ３側のコネクタ部１４ａ
の出力端子ｅ１は可変抵抗器１３ｂのスライド端に接続
され、出力端子ｇ１は可変抵抗器１３ｂの一端に接続さ
れ、熱流表示部ＤＳ側のコネクタ部１４ｂの入力端ｇ２
は抵抗器８ｂの出力端に接続され、入力端子ｅ２は増幅
器１６の入力端に接続されている。

そして、コネクタ部１４ａと１４ｂが連結されることに
より、抵抗器８ｂ抵抗器１３ｂは前置増幅器１５の出力
電圧に対して分圧回路として働くようになっている。

このようにすれば±０゜１％の精度が得られる。

第８図は本考案による熱流計の変形例を示す。

この例は第５図および第７図の実施例のように感度の逆
数Ａに応じた値を予め設定する可変抵抗器１３ａ、１３
ｂのかわりに、感度（Ｓ＝１／Ａ）に応じた値を予め設
定する可変抵抗器１３ Ｃを熱流感知部Ｈ５側に具備さ
せたものである。

第８図において、熱流感知部Ｈ３のコネクタ部１４ａの
出力端子ｅ３゜ｇ３はそれぞれ抵抗器１３Ｃの一端およ
び他端に接続され、熱流表示部ＤＳ側のコネクタ１４ｂ
の入力端子ｅ４は前置増幅器１５の出力端に接続され、
入力端子ｇ４は増幅器１６の入力端に接続され、増幅器
１６の入力端と接地点間には調整用可変抵抗器８ｄが接
続されている。

このような回路において、抵抗器８ｄの値を例えば２０
Ｑ一定とした場合、例えばＳ ＝０．０５ ｍ２１１−
ｍＶ／ ｋｃａｌノドき可変抵抗器１３Ｃの抵抗値ｒｓ
をｒｓ＝５にΩとなるようにし、増幅器１６の増幅器１
６の増幅度を調整することにより、第５図の回路と同様
な精度で熱流量を検出することか゛できる。

なお、上記３つの実施例においては、熱流センサの感度
に応じた値を予め設定する抵抗器１３ ａ 、１３ｂあ
るいは１３ Ｃを熱流感知部Ｈ３側のコネクタ１４ａ内
に内蔵させるようにしたが、本考案はこれに限定されず
、例えば上記抵抗器１３ａまたは１３ｂまたは１３ Ｃ
を熱流センサ内に熱電対や感温抵抗素子と絶縁を保って
配設し、同抵抗器１３ａまたは１３ｂまたは１３ Ｃを
リード線にてコネクタ１４ａの所定の端子に接続するよ
うにしてもよい。

以上の説明から明らかなように、本考案は熱流感知部内
に熱流センサの感度に応じた値を予め設定する電気抵抗
器を配設し、測定時に熱流表示部側の増幅器が熱流セン
サの出力電圧を増幅し、上記抵抗器が上記増幅器の出力
信号に対して分圧回路として動作することにより熱流セ
ンサの感度が調整されるものであり、複数の熱流センサ
を一台の熱流表示部に切換えて接続して熱流量を指示さ
せる場合に、いちいち熱流センサの感度に合わせて感度
調整用の可変抵抗器の値の設定をし直す必要がなく、ま
た設定のし直しを忘れたことにより測定誤差が生じると
いうおそれが全くない。

すなわち互換性のある熱流計を提供できる。

また熱流センサの感度メーカー側が検定するものなので
、熱流量の測定に習熟したメーカー側の技術者が上記感
度に応じた値を予め設定する電気抵抗器の調整を行って
おけるので、従来のように表示部側の可変抵抗器をユー
ザ側が調整するのに比較して、設定誤差に基く測定誤差
の生じる可能性はきわめて少くなる。

さらに、この考案によれば、感度を調整する分圧回路部
分が、熱流センサの出力電圧を増幅する前置増幅器の後
に配置されるので、熱流感知部と熱流表示部との間の距
離が長い場合にも、高ＳＮ比の測定結果を得ることがで
きる。

また、本考案による熱流計は、その電気回路部分が簡単
な構成なので製造が容易であり、しかも完成品とした後
に熱流感知部の電気可変抵抗器の値を設定できるので工
程管理上も有利であり、また高い精度を得ることもでき
る等種々の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は差動熱電灯群を使用した熱流計を模式的に示す
概略構成図、第２図は測温抵抗体またはサーミスタを使
用した熱流計を模式的に示す概略構成図、第３図は第２
図の熱流表示部の構成を示す回路図、第４図は従来の熱
流センサの感度調整法を示すブロック図、第５図は本考
案による熱流計の一実施例を示す回路構成図、第６図は
第５図の実施例の誤差率を示す特性図、第７図は本考案
による熱流計の別の実施例を示す回路構成図、第８図は
本考案による熱流計の変形例を示す回路構成図である。 ４・・・・・・熱流センサ、１３ ａ 、１３ ｂ・・
・・・・感度の逆数Ａに応じた値を予め設定する電気可
変抵抗器、１３ Ｃ・・・・・・感度Ｓに応じた値を有
する電気抵抗器、１４ ａ・・・・・・熱流感知部Ｈ３
のコネクタ部、１４ｂ・・・・・・熱流表示部ＤＳのコ
ネクタ部、１５・・・・・・前置増幅器、１６・・・・
・・増幅器、Ｈ５・・・・・・熱流感知部、ＤＳ・・・
・・・熱流表示部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 熱流感知部と、この熱流感知部に接続されて同熱流感知
   部の出力に応じて熱流量を表示する熱流表示部とからな
   る熱流計において、前記熱流感知部が、熱流量を電圧に
   変換する熱流センサと、この熱流センサの感度に応じた
   値を予め設定するための可変抵抗器と、前記熱流センサ
   と前記可変抵抗器とを前記熱流表示部に接続するための
   第１の接続部とを具備し、前記熱流表示部が、前記第１
   の接続部に対応する第２の接続部と、前記熱流センサか
   ら前記第１．第２の接続部を順次弁して供給される電圧
   を増幅する第１の増幅器と、前記可変抵抗器に前記第１
   ．第２の接続部を介して接続されて分圧回路を構成し前
   記第１の増幅器の出力を分圧する抵抗回路と、前記分圧
   回路の出力を増幅する第２の増幅器と、この第２の増幅
   器の出力によって駆動される指示計とを具備してなるこ
   とを特徴とする熱流計。