JPS609711Y2 - 熱流量測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この本考案は、測定部位にその測定部位に存在する温度
こう配に応じて流れる単位時間当りの熱流量を測定する
熱流量測定装置に関する。

一般に、測定部位に配設され、その測定部位に流れる熱
流量に応じて出力電圧を変化させる熱流量測定素子、た
とえば薄い熱抵抗板の表裏面の温度差を差動熱電対群で
検出するとともにその熱抵抗板の温度を熱電対で検出す
るようにした熱流量測定素子を測定部位に配設し、その
測定部位に流れる単位時間当りの熱流量を測定するよう
にした熱流量測定装置が知られている。

ところで、このような薄い熱抵抗板の表裏面の温度差か
ら単位時間当りの熱流量Ｑ （Ｋｃａｌ／７７（ｈ〕を
求める方式の熱流量測定素子の出力特性は上記表裏面の
温度差に相応して出力する電圧をＶ２、熱抵抗板の温度
に相応して出力する電圧を■アとすれば、通常次式で示
される。

Ｑ＝Ｖｐ （Ａ 十ＢＶＴ） ・・・
・・・（１）ここで、Ａ、Ｂは各熱流量測定素子によっ
て定まる定数で、Ａ＞Ｏ，Ｂ矢０である。

上記（１）式は熱流量測定素子の出力特性が温度依存性
を有することを示しており、たとえばゴムを熱抵抗板と
した熱流量測定素子では上記（１）式の温度依存性の項
（ＢＶＴ）が熱抵抗板の温度すなわち測定温度が１００
℃変化すると定数Ａに対して約１０％程度変化すること
が確認されている。

したがって、上記（１）式の温度依存性の項（ＢＶＴ）
を無視して定数Ａと出力電圧Ｖｐとの積から熱流量Ｑを
求めるとすれば、測定温度が１００℃では測定誤差がｉ
ｏ％程度となり、非常に悪い精度となる。

また、測定温度範囲をたとえば０〜１００℃に限定し、
測定温度が５０℃のときに正確な出力が得られるように
したとしても、０℃で＋５％。

１００℃で一５％程度の測定誤差が発生することになる
ので、精度上からは有効な手法ではあっても使用範囲が
限定されるという実用上の不便さをまぬがれることがで
きない。

また、Ｖ、、Ｖ、の出力電圧を各々電圧計で測定して上
記（１）式に従って計算すれば精度は確保され、温度測
定範囲も限定されないが、測定したＶＰ、Ｖ、から直ち
に熱流量Ｑを知ることは難しく、かつ計算違いによるデ
ータの不信頼性が生ずるなどの問題があった。

そこで、測定精度および測定温度範囲を確保するために
上記（１）式の演算を掛算素子を用いて自動的に行う自
動演算回路を前記（１）式の特性を有する熱流量測定素
子に接続し、求める熱流量Ｑを直示するようにした自動
演算回路内蔵の熱流量測定装置が考えられているが、こ
のような装置では上記掛算素子を用いているから構成が
複雑化し、したがって消費電力の増大および高価格化を
招くという欠点があった。

この考案は、このような背景に立って考えられたもので
、前記（１）式で示される特性を有する熱流量測定素子
を使用し、安価で、しかも簡単な操作でたとえば手動ダ
イヤルの目盛を合せるなどするだけで、温度補正を行う
ことができ、掛算素子を用いることなく前記（１）式に
従った演算を行って正確な熱流量Ｑを直示することがで
き、現場などにおいて実際の熱流量をその場で得ること
を可能にし、現場における一点一点のスポット測定など
に著しく偉力を発揮することのできる熱流量測定装置を
提供することを目的とするものである。

以下、この考案の一実施例を図面を参照して説明する。

薄い熱抵抗板の全面に差動熱電対群の各熱電対を一様に
配設してその熱抵抗板の表裏面の温度差を検出し、上記
熱抵抗板を通過して流れる熱流量に応じて出力電圧を変
化させる熱流量測定素子１およびその熱流量測定素子１
の温度に応じて出力電圧を変化させるＣＡ熱電対などの
温度測定素子２を設け、上記熱流量測定素子１を測定部
位に配設して、測定部位を流れる単位時間当りの熱流量
Ｑに応じて変化する出力電圧ＶＦを得るとともに上記温
度測定素子２から上記熱流量測定素子１の温度すなわち
測定温度Ｔに応じて変化する出力電圧ＶＴを得るように
している。

そして、上記熱流量測定素子１の出力を極性切換スイッ
チ３を介してアナログ演算回路４に入力し、そのアナロ
グ演算回路４の出力をたとえば可動コイルメータ５１お
よびそのメータ５１のレンジを５段階に切換えるレンジ
切換器５゜からなる熱流量表示器５に入力して、上記演
算回路４で上記熱流量測定素子１の出力電圧に基づいて
熱流量Ｑを演算するとともにその演算結果を上記表示器
５で表示するようにしている。

また、前記温度測定素子２の出力を冷接点補償器６を介
して増幅器７に入力し、その増幅器７の出力をたとえば
可動コイルメータ８□およびそのメータ８１のレンジを
たとえば２段階に切換えるレンジ切換器８□からなる温
度表示器８に入力して、その表示器８で前記熱流量測定
素子１の温度すなわち測定温度Ｔを表示するようにして
いる。

上記アナログ演算回路４は、前記熱流量測定素子１の出
力を前記極性切換スイッチ３を介して第１の演算増幅器
４１．に入力し、その第１の演算増幅器４１１の出力を
第１の演算係数設定用ポテンショメータ４２１を介して
第２の演算増幅器４１゜に入力し、その第２の演算増幅
器４１゜の出力を第２の演算係数設定用ポテンショメー
タ４゜２（分圧素子）および第３の演算係数設定用ポテ
ンショメータ４２３（温度補正用ポテンショメータ）を
直列接続した分圧器を介して第３の演算増幅器４１３に
入力し、この第３の演算増幅器４１３の出力を前記熱流
量表示器５に入力するようにして、上記演算増幅器４１
１〜４□３の増幅度および各ポテンショメータ４□１〜
４３の全抵抗値などから定まる定数をα、上記第２およ
び第３のポテンショメータ４゜２．４２３の全抵抗値の
関係から定まる定数をβ、上記各ポテンショメータ４□
１，４□２，４□３の設定値をそれぞれＪ、に、Ｌとし
、入力電圧を■。

としたときに出力電圧Ｖｏｕｔが、 Ｖｏ４ ＝ α・Ｊ・ （β・Ｋ十Ｌ）Ｖ＋−・・・・
・・（２）となるようにし、上記定数α、βおよび上記
各設定値Ｊ？ Ｋ？ Ｌをそれぞれ所定値に設定して前
記熱流量測定素子１の出力電圧■、を入力電圧■。

として入力したときみ上記出力電圧■。

ｕｔが前記熱流量測定素子１を通過して流れる熱流量Ｑ
に相応する電圧となるようにしている。

すなわち、上記アナログ演算回路４は、前記（１）式を
変形すると、 Ｑ＝ＢＶｐ （Ａ／Ｂ十Ｖア） ・・・・・・
（３）となり、またＶ丁を出力する温度測定素子２とし
てＣＡ熱電対を用いたとすると、測定温度が０〜３００
℃の範囲では測定温度Ｔ〔℃〕と温度測定素子２の出力
電圧Ｖ、 （ｍＶ）とは ＶＴ＝０．０４Ｔ ・・・・・
・（４）で良く近似されるので、上記（４）式を上記（
３）式に代入して変形すると、 Ｑ＝０．０４ＢＶＦ （２５（Ａ／Ｂ） ＋Ｔ） ・
・・・・・（５）が求まる。

また、上記（５）式においてＢ＜０の場合にはＢ ＝
−Ｂ’ （Ｂ’＞ ０ ）とおいて、Ｑ＝０．０４８’
Ｖｐ （２５（Ａ／Ｂ’）−Ｔ）・・・・・・（６）と
し、さらにＡ ／Ｂ’≧Ｃ≧Ｔ／２５なる定数Ｃを導入
すると、 Ｑ＝０．０４８’Ｖｐ （２５（Ａ／Ｂ’−Ｃ）＋（２
５Ｃ−Ｔ）） ・・・・・・（７）が求ま
るので、前記熱流量測定素子１の特性により定まる定数
ＢがＢ＞０の場合には、上記（５）式のＢ、Ａ／Ｂ、Ｔ
をそれぞれ演算係数設定用ポテンショメータで設定して
熱流量Ｑを上記（５）式から演算し、上記定数ＢがＢ＜
Ｏの場合には、上記（７）式のＢ’、 Ａ／Ｂ’−Ｃ，
２５Ｃ−Ｔをそれぞれ演算係数設定用ポテンショメータ
で設定して熱流量Ｑを演算する演算回路を考えるように
している。

すなわち、前記（２）式において定数α、βがそれぞれ
α＝０．０４．β＝２５となるようにするとともに各設
定値Ｊ、に、ＬがＢ＞Ｏの場合にはＪ＝Ｂ、に＝Ａ／Ｂ
、Ｌ＝Ｔとなるようにし、Ｂ＜Ｏの場合にはＪ＝Ｂ′、
に＝Ａ／Ｂ′−Ｃ９Ｌ＝２５ｃ−Ｔトナルヨウにしてい
る。

このような構成であれば、熱流量測定素子１を測定部位
たとえば壁面などに取付けると、その熱流量測定素子１
から、その熱流量測定素子１を通過して流れる熱流量Ｑ
１すなわちその熱流量測定素子１を取付けた測定部位に
流れる熱流量Ｑに応じた出力電圧■２を得られるととも
に、その熱流量測定素子１に配設された温度測定素子２
からその熱流量測定素子１の温度すなわち測定温度Ｔに
応じて変化する出力電圧■アが得られる。

そして、その熱流量測定素子１の出力電圧Ｖｐがアナロ
グ演算回路４に入力するとともに、温度測定素子２の出
力電圧Ｖ丁が冷接点補償器６によって０℃を基準とした
熱起電力となり、温度表示器８の可動コイルメータ８１
が測定温度Ｔをレンジ切換器８゜のレンジ切換により最
適レンジで表示する。

そこで熱流量測定素子１の出力特性によって定まる前記
（１）式の定数Ａ、 Ｂにより、Ｂ＞０の場合には演算
回路４の第１の演算係数設定用ポテンショメータ４２１
の設定値をＢ１第２の演算係数設定用ポテンショメータ
４□２の設定値をＡ／Ｂに、Ｂ〈０の場合には第１の演
算係数設定用ポテンショメータ４□１の設定値をＢ’
（Ｂ’＝−Ｂ）、第２の演算係数設定用ポテンショメー
タ４２２の設定値をＡ／Ｂ’−Ｃ（Ｃ：定数）に設定す
るとともに、温度表示器８によって表示される測定温度
Ｔにより、Ｂ＞Ｏの場合には第３の演算係数設定用ポテ
ンショメータ４２３の設定値をＴに、Ｂ〈０の場合には
第３の演算係数設定用ポテンショメータ４□３の設定値
を２５Ｃ−Ｔにそれぞれ設定し、測定する熱流の方向に
より熱流量測定素子１の出力電圧■Ｆが正、負いずれの
信号ともなるので、極性切換スイッチ３によって演算回
路４に入力する極性が常に一定になるように切換えると
、演算回路４が熱流量測定素子１の出力する出力電圧Ｖ
ｐを基にして熱流量測定素子１の出力特性により定まる
定数ＢがＢ＞０の場合には前記（５）式の演算を行い、
Ｂ＜０の場合には前記（７）式の演算を行って測定部位
に流れる熱流量Ｑに相応する電圧を出力し、その演算回
路４の出力する熱流量Ｑに相応する電圧が熱流量表示器
５に入力し、可動コイルメータ５１が測定部位に流れる
熱流量Ｑをレンジ切換器５□のレンジ切換により最適レ
ンジで表示する。

第２図に、熱流量測定素子１の出力電圧ＶｐをＶ、＝０
．５〜１０ （ｍＶ）、定数Ａ、 ＢをＢ＝２〜１０、
Ａ／Ｂ＝１０〜１００、測定温度ＴをＴ＝０〜３００と
したときの前記（５）式に対応する測定結果の一例を示
す。

この測定結果から広範囲に渡って高精度な測定を行うこ
とができることがわかる。

このように本装置によれば、前記（１）式で示される特
性を有する熱流量測定素子１を使用し、上記素子１の特
性に応じて予め第１および第２の演算係数設定用ポテン
ショメータ４□□、４２２をセットしておき、測定温度
Ｔの値を第３の演算係数設定用ポテンショメータ４□３
に設定するという簡易な操作によって、測定値の温度補
正を行うことができて正確な熱流量Ｑの測定を行うこと
ができる。

しかも、第１乃至第３の演算係数設定用ポテンショメー
タ４□１，４□２９４２３を用い、これらのポテンショ
メータ４２１． ４□２，４．の各設定によりＶｐ（Ａ
十Ｂ・■、）の演算を掛算素子を用いずして行うことが
できる。

すなわち、（Ａ十Ｂ・Ｖ丁）を電気抵抗の分圧比に置換
して、熱流量測定素子１の出力電圧■２を上記分圧比で
分圧することによって、Ｖｐ （Ａ＋Ｂ・Ｖ丁）に比例
した出力電圧を得ることができる。

したがって、掛算素子を用いることなく演算回路４を信
号電圧の増幅のみを行う演算増幅器４１１？ ４１□、
４１３および各ポテンショメータ４□１？ ４２２？
４□３のみの簡易な構成で実現し得る。

このため、低消費電力化および低価格化をはかり得て、
小型携帯化が可能となり、現場における熱流量の一点一
点のスポット測定等に著しい効果を発揮することができ
る。

なお、この考案の構成は上記実施例のものに限定される
ものではない。

たとえば、第３図に示すように第２および第３のポテン
ショメータ４□２゜４□３にそれぞれ固定抵抗４３１９
４３２を直列接続し、その各直列回路を並列接続して
いわゆるブリッジ回路を形成するようにし、第１の演算
係数設定用ポテンショメータ４２１で定数Ｂ’ （Ｂ’
、＝−３３）を、第２の演算係数設定用ポテンショメー
タ４゜２で定数Ａ ／Ｂ’を、第３の演算係数設定用ポ
テンショメータ４２３で測定温度Ｔをそれぞれ設定する
ようにしてもよく、このようにすればＢ＜０の場合にお
いて前記（６）式により熱流量Ｑを演算するようにする
こともできる。

また、前記実施例では可動コイルメータを２個用いて測
定温度Ｔを常に表示するようにしているが、１つの可動
コイルメータの入力を切換えるようにして１つの可動コ
イルメータで熱流量Ｑと測定温度Ｔとを切換表示するよ
うにしてもよいものであり、かつ可動コイルメータの代
りにディジタル電圧計などを使用するようにしてもよい
ものである。

また、各演算係数の設定を行うために、連続可変のポテ
ンショメータを使用するようにしたが、これはたとえば
段階的に設定値を変更できるようなものを使用するよう
にしてもよく、このようにした場合には温度補正の精密
さは乏しくなるが、各ステップに対する設定値を選択で
きる自由度があり、回路調整上は極めて便利となる。

また、第１および第２のポテンショメータ４□□、４２
２の熱流量測定素子１の素子特性のみで定まるものであ
るため、通常の可変抵抗器等の所謂分圧素子であれば代
替用できる。

さらに、第１のポテンショメータ４２１は増幅器４１ｔ
、４１２，４□３の各増幅度を適当に定めることによっ
て除去することもできる。

また、上記実施例では測定温度Ｔを直接求めて各演算係
数の設定を直接その測定温度Ｔを用いて行うようにした
が、これは測定温度Ｔを他の適当な補正値に置換して求
め、その求めた補正値により各演算係数の設定を行うよ
うにしてもよいものである。

以上詳述したように、この考案によれば、前記（１）式
で示される特性を有する熱流量測定素子を使用し、安価
でしかも簡単な操作によって測定値の温度補正を行うこ
とが可能で、掛算素子を用いずして前記（１）式に従っ
た演算を行って正確な熱流量Ｑを直示することができ、
現場などにおいて実際の熱流量をその場で得ることを可
能にし、現場における一点一点のスポット測定などに著
しく偉力を発揮することのできる熱流量測定装置を提供
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の構成を示す回路図、第２
図は同実施例の測定結果の一例を示す図、第３図はこの
考案の他の実施例の構成を示す回路図である。 １・・・・・・熱流量測定素子、２・・・・・・温度測
定素子、４・・・・・・アナログ演算回路、４゜□〜４
゜３・・・・・・演算係数設定用ポテンショメータ、５
・・・・・・熱流量表示器、８・・・・・・温度表示器
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 測定部位に配設された熱流量測定素子が出力する上記測
   定部位の流れる熱流量Ｑに関与した電圧■２、および温
   度測定素子によって検出される前記測定部位の温度Ｔに
   相当する上記温度測定素子の測定出力電圧■アを得て、
   これらの電圧Ｖ、、Ｖ１から前記熱流量Ｑに相当する指
   示値を得る熱流量測定装置において、前記温度Ｔとその
   出力電圧■、との係数をに１前記熱流量測定素子臼体の
   熱流量Ｑに対する検出係数をＡ１および前記熱流量測定
   素子の温度出力ＶＴに対する温度依存係数をＢとしたと
   き、前記電圧■２をＢＫなる増幅度で増幅したのち、こ
   の増幅出力電圧をＡ／ＢＫなる重み設定された第１のポ
   テンショメータおよびＴなる重み設定された第２のポテ
   ンショメータをそれぞれ介してその分圧出力電圧として
   取出し、これらの分圧出力電圧の電位差として前記熱流
   量Ｑに対応するＶＦＢＫ （ｑ＋’ｒ）なる指示値を得
   ることを特徴とする熱流量測定装置。