JPH0311419B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 放射エネルギーの絶対値を測定する方法で今日
知られているものに、受光板を光とヒーターで
別々に加熱し、ヒーターで供給したエネルギーと
光でのそれとを比較して放射の絶対値を知るとい
うやり方がある。

ところが、この方法ではヒーターと光の受光板
に対する加熱条件の違いをどうするかといつた問
題が未解決のまま残されている。また受光板自体
の形状・材質等から生じる発熱状態、温度分布状
態等の構造上の問題も存在する。

これらの問題点が、実は上記測定方法の対象で
しる放射エネルギーの絶対値に本質的に関係して
いるステフアンボルツマン定数σの測定に現われ
ていて、その実測値は、測定者つまり受光板とヒ
ーターの作り方で異なつた値になつている。その
ため、この方法による定数σの測定は米、独、英
などで何度も繰り返し実施されており、最近では
８ケ国で研究が進められているということである
が十分でない。

σの実測値が理論値と相違するのは、σの計測
に際し上記従来の方法では受光板の温度に特に注
目しているからで、光とヒーターでエネルギーを
加えたときに受光板の温度がどう変化するかを直
接に、または間接に測り、その差で光とヒーター
とのエネルギーを比較するという測定方法を採つ
ているからである。

上記従来の方法による測定誤差の主要因を厳密
に考察すると、先ず同一の受光板の相違する熱エ
ネルギー授受の方法による測定誤差要因。同等と
見なし得るが厳密には相違する種々の受光板自体
の形状・材質による発熱状態及び温度分布の相違
に起因する測定値の変動。更に同一の受光板とそ
の周囲気体（通常空気）との熱交換及び熱伝達状
態による測定値の変動。更には、周囲気体の熱シ
ール容器及び窓方向への熱伝達状態の変動による
誤差要因等が存在するのがわかる。

以上の考察から、現象的に従来測定方法を説明
すると、第１に、光は表面から受光板を加熱する
ものであるのに対してヒーターは内部から加熱す
るものである。そのため、ヒーターで供給したエ
ネルギーの全部は受光板の加熱に使われるが、光
ではそうならない。受光板の表面と、それに触れ
ている空気との境界層の所で熱交換が行われるの
で、空気の側に吸収、放散する熱の割合がヒータ
ーの場合よりどうしても大きくなりがちである。
従つて同じエネルギーを供給しても、光とヒータ
ーでは受光板の温度の上がり方に違いが生ずる。
第２に、受光板の温度は、その表面状態、つまり
受光板とそれを取り巻く空気との間の熱伝達係数
にも影響される。この係数は受光板の形状によつ
て変化するものではあるが、受光板の形状が変わ
らなければ一定だというものでもない。受光板に
触れている空気の流れや温度によつても様々に変
化するので、エネルギーの照射で受光板の表面か
ら加熱する場合とヒーターで受光板内部から加熱
する場合とでは、受光板の熱伝達係数に微妙な違
いが生ずる。第３に、ヒーターがどういう形状を
しているか、或は電流を流したときどういう発熱
の仕方をして、温度分布がどうなるかによつても
異なつた値になる。このように受光板とヒーター
の作り方でσの測定結果がいろいろ変わつてしま
うのはこのためである。

従来法のこのような欠点を解決するためには、
受光板の温度ではなく、図に示した如く、受光板
から逃げた熱を半球の容器の内部に閉じ込めてお
いて、そのときに上昇した容器の内部温度を測る
ようにしなければならない。こうすれば、熱平衡
に達したときの内部温度は、内部の空気から熱シ
ール容器へ伝わる熱の熱伝達係数だけで決まる。
従つて受光板を加熱する条件の差異による影響を
排除し得る。

しかし、これでもまだ完全とはいえない。即ち
受光板自体の熱効果の点から見て受光板には裏と
表があるので光の照射で加熱すれば、照射された
面の方が、その反対側の面より高い温度になるが
ヒーターによる加熱ではそれとは異なり受光板の
表・裏共に同一温度となる。この違いが容器の内
部と受光板との熱伝達及び熱平衡に影響する。即
ち、本発明が属する分野での熱シール容器には通
常、窓が開いているため、窓の方向へ逃げる熱の
熱伝達係数は、それと反対の方向へ流れる熱のも
のとは完全には一致しない。容器の前（窓方向）
と後ろ（隔壁方向）とで熱伝達係数にこうした違
いがあれば、受光板の表の面（窓に面した側の
面）の温度が裏面より高くなるような光の場合
と、ヒーターのように表と裏の温度が等しくなつ
ている場合とでは、容器の内部から外へ逃げる熱
量に当然に違いが生ずる。

以上から光とヒーターの受光板への供給エネル
ギーが同じだからといつてセル内温度の上がり方
が等しくなるとは断言できないことが理解できよ
う。このことがこの種の絶対測定には好ましくな
い本質的な不安な要素の１つとなつているのであ
る。

本発明による方法では、この不安要素を除くた
めに容器内の熱平衡と熱伝達係数を考慮して、容
器内の熱が窓側の方向だけに流れるようにし、反
対の方向には流れないようにして容器の隔膜によ
つて分けられた二つのセルの夫々の温度を調整し
ながら光とヒーターのエネルギーとを比較すると
いう方法を工夫した。この方法によれば、内部か
ら逃げる熱は容器の窓側の面方向の熱伝達係数だ
けに依存することになり、受光板の裏と表の温度
に違いがあつても、容器内部の温度上昇は前述の
如き受光板の温度特性による表裏の温度差によつ
て変動を受けることはない。図はこういう考えに
基づいた実施例を示すものである。

以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
隔膜６で二分したセル１０，１１の両方の空洞に
受光板４を設けて、そこに供給される熱がセルの
窓側の方向にだけ流れるようにする。隔膜は、二
分されたセル内の気体（空気）が拡散して互いに
混入しないようにするために設けてある。熱シー
ル容器５は内面がメツキ処理がなされている。両
方の受光板４には電流にても加熱できるようにヒ
ーター（図示せず）を内蔵しているか、又は取付
けられている。感温素子２は出来る限り安定な動
作特性を持つ部材が望ましい。本実施例では白金
線を使用した。感温素子２も受光板４も隔膜６に
対して対称な位置に配置してある。セル１０，１
１の両方に開けた窓３はセル内部の熱の流れも隔
膜６に対して対称になるようにするためである。

次に本発明の方法によるσの測定の手順を述べ
る。

定数σの測定の手順は、初めに左の窓３から光
を入れて左の容器の受光板４を加熱する。これに
より左の内部温度は右より高くなるので、温度差
指示計１は０から右へ振れる。これを０に戻すよ
うに右の受光板をヒーターで加熱する。可変抵抗
器８で電流を加減して、指示計が０になつた所で
その電流を流したままの状態にして置く。こうし
ておいて光を切る。その結果右の容器の内部温度
が左より高くなつて指示は左に振れる。この振れ
を０に戻すように、今度は左の受光板のヒーター
に可変抵抗器９で電流を加減して、電流を流して
加熱する。指示が０を指した所の電流値を読み取
れば、それが光の絶対量の正しい値である。

この方法で定数σを測つてみたところσは理論
値と等しい値で実測された。これは、光とヒータ
ーによる受光板４の加熱条件の違いや、受光板及
びヒーターの作り方の相違などによる不安な要素
に帰因する誤差が測定値に全く含まれていないと
いうことの証拠である。

本発明のこのような方法によれば光のエネルギ
ーの絶対値を定数σの測定を介して正確に知るこ
とが出来る。これは従来に例のない新しい測定法
である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すものである。 １……温度差指示計、２……感温素子、３……
受光窓、４……受光板、５……熱シール容器、６
……隔膜、７……電流計、８，９……可変抵抗
器、１０，１１……セル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光を取り入れる受光窓を開けた容器の中に、
   該受光窓から入射する光と外部から供給される電
   流との何れによつても加熱できるようにした受光
   板と、該容器の内部温度を測るための温度検出手
   段とを収容し、上記受光窓から上記受光板に被測
   定光を入射させるとともに上記容器の壁の温度を
   調整して、該容器内の熱が上記受光窓側の一方向
   だけに流れるように該容器内を熱平衡状態にし、
   そのときの容器の内部温度を上記温度検出手段に
   より測定し、その後、上記被測定光を遮断しなが
   ら、かつ、上記受光板を上記電流により加熱して
   上記容器の内部温度を前記測定温度と等しくして
   上記平衡状態を保ち、そのときの上記受光板に供
   給している電流から上記被測定光のエネルギーの
   絶対値を測定するようにしたことを特徴とする放
   射エネルギー絶対測定法。