JPH0378574B2 - - Google Patents
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- JPH0378574B2 JPH0378574B2 JP60273404A JP27340485A JPH0378574B2 JP H0378574 B2 JPH0378574 B2 JP H0378574B2 JP 60273404 A JP60273404 A JP 60273404A JP 27340485 A JP27340485 A JP 27340485A JP H0378574 B2 JPH0378574 B2 JP H0378574B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermal resistance
- probe
- heater
- resistance value
- temperature
- Prior art date
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- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明はトンネル掘削等の実現場における土
壌の熱抵抗値の計測の他、あらゆる材質の熱抵抗
値の計測に利用できる測定方法に関する。
壌の熱抵抗値の計測の他、あらゆる材質の熱抵抗
値の計測に利用できる測定方法に関する。
（従来の技術）
熱伝導率の逆数である熱抵抗値を測定する方法
は定常法と非定常法があり、非定常法の中でもツ
インプローブ法がその測定の容易さ、実験室内で
の計測が可能なことから一般的に使われるように
なつてきている。
は定常法と非定常法があり、非定常法の中でもツ
インプローブ法がその測定の容易さ、実験室内で
の計測が可能なことから一般的に使われるように
なつてきている。
このツインプローブ法は、第４図に示す如く、
一定の恒温水槽イ内に設けた三つの孔ロ，ハ，ニ
に熱抵抗の被測定試料、寒天ゲル等の熱抵抗既知
試料及び基準試料を夫々入れ、これらのうちの被
測定試料及び既知試料内に一定の熱量を供給でき
るヒーターと、その温度勾配を求める熱電対を収
めたプローブホ，ヘを夫々挿入し、各プローブ内
の上記熱電対と直列に接続した熱電対を基準試料
内に入れ、各プローブホ，ヘのヒーターを同様に
加熱し、その際の各プローブホ，ヘの各熱電対の
電圧を検出し、これをＸ−Ｙプロツターを使用し
て時間−温度特性曲線を作図し、この作図から被
測定試料の熱抵抗値を算出する。
一定の恒温水槽イ内に設けた三つの孔ロ，ハ，ニ
に熱抵抗の被測定試料、寒天ゲル等の熱抵抗既知
試料及び基準試料を夫々入れ、これらのうちの被
測定試料及び既知試料内に一定の熱量を供給でき
るヒーターと、その温度勾配を求める熱電対を収
めたプローブホ，ヘを夫々挿入し、各プローブ内
の上記熱電対と直列に接続した熱電対を基準試料
内に入れ、各プローブホ，ヘのヒーターを同様に
加熱し、その際の各プローブホ，ヘの各熱電対の
電圧を検出し、これをＸ−Ｙプロツターを使用し
て時間−温度特性曲線を作図し、この作図から被
測定試料の熱抵抗値を算出する。
この算出式はGa＝Ta−To／Tb−To×Gb
ただしGa：被測定試料の熱抵抗値（℃−cm／
ｗ） Gb：既知試料の熱抵抗値（℃−cm／ｗ） Ta：被測定試料の温度（℃） Tb：既知試料の温度（℃） （１％寒天ゲル） To：基準試料温度（℃） （１％寒天ゲル、この温度は恒温
水槽内の温度を示す） （発明が解決しようとする問題点） しかしこのツインプローブ法を実現場において
使用する時には以下の欠点がある。
ｗ） Gb：既知試料の熱抵抗値（℃−cm／ｗ） Ta：被測定試料の温度（℃） Tb：既知試料の温度（℃） （１％寒天ゲル） To：基準試料温度（℃） （１％寒天ゲル、この温度は恒温
水槽内の温度を示す） （発明が解決しようとする問題点） しかしこのツインプローブ法を実現場において
使用する時には以下の欠点がある。
(1) 熱抵抗既知試料と被測定試料との間に最初か
ら温度差があると、Ｘ−Ｙプロツタ上に作図す
るためのスケーリングが合わなくなり、熱抵抗
値算出のために必要な特性曲線を得ることがで
きなくなる。
ら温度差があると、Ｘ−Ｙプロツタ上に作図す
るためのスケーリングが合わなくなり、熱抵抗
値算出のために必要な特性曲線を得ることがで
きなくなる。
この対策として基準試料の温度を調整して被
測定試料の温度と一致させるか、温度変換器の
部分にバイアスをかけ、みかけ上の温度を一致
させる必要があり、予備加熱装置、バイアス調
整装置が必要となり、装置構成機器を大型化さ
せる要因となつている。
測定試料の温度と一致させるか、温度変換器の
部分にバイアスをかけ、みかけ上の温度を一致
させる必要があり、予備加熱装置、バイアス調
整装置が必要となり、装置構成機器を大型化さ
せる要因となつている。
(2) Ｘ−Ｙプロツターを使用して測定結果をトレ
ースさせるため操作時間がかかり、熱抵抗値算
出を作業者が演算するため、測定結果がでるま
でに相当時間がかかつていた。また上記トレー
スから作業者が線引きして作図し、これを読み
取つて熱抵抗値を算出するため、作図精度や読
み取りに作業者の個人差が出て算出値の信頼性
が低くなる。
ースさせるため操作時間がかかり、熱抵抗値算
出を作業者が演算するため、測定結果がでるま
でに相当時間がかかつていた。また上記トレー
スから作業者が線引きして作図し、これを読み
取つて熱抵抗値を算出するため、作図精度や読
み取りに作業者の個人差が出て算出値の信頼性
が低くなる。
(3) この装置にはＸ−Ｙプロツター、温度変換
器、直流電源、基準試料、恒温水槽が必要とな
り、装置全体が嵩張り、実現場には適さない。
器、直流電源、基準試料、恒温水槽が必要とな
り、装置全体が嵩張り、実現場には適さない。
（問題点を解決するための手段）
この発明はこれらの欠点を除去することを目的
としたもので、ヒーターと二つの示差型熱電対と
をプローブの中に挿入して一つの熱電対は上記ヒ
ーターと対向させ、他の熱電対はヒーターと熱絶
縁して成るプローブを２本設け、一方は熱抵抗値
既知の基準試料に、他方は被測定試料に夫々埋込
み、各プローブの二つの熱電対相互の温度が平衡
してから上記各プローブのヒーターを同一に加熱
し、上記各プローブの各熱電対の温度差により各
プローブ毎に温度上昇分を求め、かつ各プローブ
間の温度上昇差分を検出してこれから熱抵抗値差
を求め、その数値を基準試料の熱抵抗値に加算し
て被測定試料の熱抵抗値を算出する測定法であ
る。またこの発明の装置としてはヒーターと二つ
の示差型熱電対とをプローブの中に挿入して一つ
の熱電対はヒータと対向させ、他の熱電対はヒー
タと熱絶縁して成るプローブを２本設け、これら
の各プローブのヒーターを加熱する直流電源を設
け、またこれらの各プローブの示差型熱電対を直
列接続した示差回路、この回路の出力を温度に変
換する温度変換器、この温度変換器の出力を熱抵
抗値差にし、かつ上記一方のプローブを差し込む
基準試料の既知の熱抵抗値にこれを加算する熱抵
抗演算回路及びこの熱抵抗演算回路の出力を表示
する表示部を夫々設けたものである。
としたもので、ヒーターと二つの示差型熱電対と
をプローブの中に挿入して一つの熱電対は上記ヒ
ーターと対向させ、他の熱電対はヒーターと熱絶
縁して成るプローブを２本設け、一方は熱抵抗値
既知の基準試料に、他方は被測定試料に夫々埋込
み、各プローブの二つの熱電対相互の温度が平衡
してから上記各プローブのヒーターを同一に加熱
し、上記各プローブの各熱電対の温度差により各
プローブ毎に温度上昇分を求め、かつ各プローブ
間の温度上昇差分を検出してこれから熱抵抗値差
を求め、その数値を基準試料の熱抵抗値に加算し
て被測定試料の熱抵抗値を算出する測定法であ
る。またこの発明の装置としてはヒーターと二つ
の示差型熱電対とをプローブの中に挿入して一つ
の熱電対はヒータと対向させ、他の熱電対はヒー
タと熱絶縁して成るプローブを２本設け、これら
の各プローブのヒーターを加熱する直流電源を設
け、またこれらの各プローブの示差型熱電対を直
列接続した示差回路、この回路の出力を温度に変
換する温度変換器、この温度変換器の出力を熱抵
抗値差にし、かつ上記一方のプローブを差し込む
基準試料の既知の熱抵抗値にこれを加算する熱抵
抗演算回路及びこの熱抵抗演算回路の出力を表示
する表示部を夫々設けたものである。
（作用）
この発明の測定原理は次の如くなる。
これらの基準試料の熱抵抗値Gsおよび被測定
試料の熱抵抗値Ggは一般式から Gs＝4πls・ΔSH／Ws・ln（t2／t1）S ……(1) Gg＝4πlg・ΔgH／Wg・ln（t2／t1）g ……(2) （但し、ΔSH及びΔgHは夫々t1時とt2時との温
度差を表わす。） そして4πls＝4πlg，Ws＝Wg，ln（t2／t1）S＝ln （t2／t1）g とし、また基準試料の熱抵抗値と被測定試料の熱
抵抗値の間には Gs−Gg＝ΔG ……(3) （但しΔGは熱抵抗値差を示す。） が成り立ち、この(3)式に(1)、(2)式を代入すると、 ΔG＝ΔSH−ΔgH ……(4) となる。
試料の熱抵抗値Ggは一般式から Gs＝4πls・ΔSH／Ws・ln（t2／t1）S ……(1) Gg＝4πlg・ΔgH／Wg・ln（t2／t1）g ……(2) （但し、ΔSH及びΔgHは夫々t1時とt2時との温
度差を表わす。） そして4πls＝4πlg，Ws＝Wg，ln（t2／t1）S＝ln （t2／t1）g とし、また基準試料の熱抵抗値と被測定試料の熱
抵抗値の間には Gs−Gg＝ΔG ……(3) （但しΔGは熱抵抗値差を示す。） が成り立ち、この(3)式に(1)、(2)式を代入すると、 ΔG＝ΔSH−ΔgH ……(4) となる。
従つて基準試料と未知試料とを同時に加熱し、
温度上昇差分を検出することにより、熱抵抗値差
を求め、これを基準試料の既知の熱抵抗値に加算
すれば被測定試料の熱抵抗値が算出できる。
温度上昇差分を検出することにより、熱抵抗値差
を求め、これを基準試料の既知の熱抵抗値に加算
すれば被測定試料の熱抵抗値が算出できる。
しかしながらこの方法では被測定試料と基準試
料の初期温度を平衡させなければならず、これに
は手間がかかる。
料の初期温度を平衡させなければならず、これに
は手間がかかる。
そこでこの発明の装置では第１図に示す如く被
測定試料Ａ及び基準試料Ｂに入れるセンサーたる
プローブP1，P2内に二つの示差型熱電対Tg1，
Tg2，Ts1，Ts2を夫々設け、Tg1及びTs1をヒー
ターｈに相対向して、Ts2，Tg2を、各ヒーター
ｈから熱絶縁させて示差回路を設けることにより
初期温度を容易に平衡させることができる。
測定試料Ａ及び基準試料Ｂに入れるセンサーたる
プローブP1，P2内に二つの示差型熱電対Tg1，
Tg2，Ts1，Ts2を夫々設け、Tg1及びTs1をヒー
ターｈに相対向して、Ts2，Tg2を、各ヒーター
ｈから熱絶縁させて示差回路を設けることにより
初期温度を容易に平衡させることができる。
Ts2及びTg2各ヒーターｈから熱絶縁され、測
定の初めから終了まで各々外部の固定された温度
を測定している。
定の初めから終了まで各々外部の固定された温度
を測定している。
従つて各プローブP1，P2を夫々第１図に示す
如くセツトした後各プローブP1，P2と外部温度
が一様になじんだ時Ts1−Ts2＝０でありTg1−
Tg2＝０となる。従つて第１図の回路ではΔSH
−ΔgH＝０となり、容易にΔG＝０の状態ができ
る。この状態で測定開始する。〔ヒーターｈを
ONにする〕とTs1及びTg1だけが温度上昇する。
このヒーターｈをONにして一定時間後ΔSH＝
Ts1−Ts2，ΔgH＝Tg1−Tg2となり、これを上記
(4)式に代入すると、 ΔG＝（Ts1−Ts2）−（Tg1−Tg2）となり、Ts2
及びTg2はヒーター通電開始前に存在した固定的
温度差であり、熱抵抗値算出には不要であるから
温度変化分だけを指示させることができる。
如くセツトした後各プローブP1，P2と外部温度
が一様になじんだ時Ts1−Ts2＝０でありTg1−
Tg2＝０となる。従つて第１図の回路ではΔSH
−ΔgH＝０となり、容易にΔG＝０の状態ができ
る。この状態で測定開始する。〔ヒーターｈを
ONにする〕とTs1及びTg1だけが温度上昇する。
このヒーターｈをONにして一定時間後ΔSH＝
Ts1−Ts2，ΔgH＝Tg1−Tg2となり、これを上記
(4)式に代入すると、 ΔG＝（Ts1−Ts2）−（Tg1−Tg2）となり、Ts2
及びTg2はヒーター通電開始前に存在した固定的
温度差であり、熱抵抗値算出には不要であるから
温度変化分だけを指示させることができる。
（実施例）
以下この発明の装置の実施例を第２図及び第３
図について説明する。
図について説明する。
１はプローブ、２はこのプローブ１の保護パイ
プ、３はこの保護パイプ２内のほぼ中心に設けた
完全防水処理したテフロンモールド、４はこのテ
フロンモールド３内に入れたヒーター線、５は同
じくこのテフロンモールド３内のヒーター線４と
対向させた熱電対、６はこの保護パイプ２下部に
設けた熱しやへい用テフロン７の下端に設けた熱
電対で、この熱電対６は上記ヒーター線４と熱し
やへい用テフロン７により熱絶縁され上記熱電対
５とは直列に接続されている。８は上記保護パイ
プ２の内周とテフロンモールド３外周との間隙に
充填した酸化マグネシヤ、９はこのプローブ１の
上端に設けたボーリングロツド受け用アダプター
である。
プ、３はこの保護パイプ２内のほぼ中心に設けた
完全防水処理したテフロンモールド、４はこのテ
フロンモールド３内に入れたヒーター線、５は同
じくこのテフロンモールド３内のヒーター線４と
対向させた熱電対、６はこの保護パイプ２下部に
設けた熱しやへい用テフロン７の下端に設けた熱
電対で、この熱電対６は上記ヒーター線４と熱し
やへい用テフロン７により熱絶縁され上記熱電対
５とは直列に接続されている。８は上記保護パイ
プ２の内周とテフロンモールド３外周との間隙に
充填した酸化マグネシヤ、９はこのプローブ１の
上端に設けたボーリングロツド受け用アダプター
である。
以上の構成から成るプローブ１は２本用意され
一方は基準試料（１％ゲル寒天）１０に、他方は
被測定試料、即実現場の土壌に入れるものであ
る。１１は定電力電源装置で、この定電力電源装
置１１の電源がスイツチSw1を介して上記２本の
プローブ１，１の各ヒーター線４に供給される構
成となつている。１２は装置本体で、この装置本
体１２内には、上記各プローブ１の熱電対５，６
が直列に接続された示差回路の出力電圧を検出す
る検出部１３、その電圧を温度変換する温度変換
器１４、この温度変換器１４の出力を上記基準試
料１０の熱抵抗値に加算する熱抵抗演算回路１５
及びこの熱抵抗演算回路の出力を表示する表示部
１６が夫々設けられている。また上記各プローブ
１の各熱電対５と示唆回路の出力端子との間には
上記スイツチSw1と連動する常開型接点Sw2及び
常閉型接点Sw3が設けられている。
一方は基準試料（１％ゲル寒天）１０に、他方は
被測定試料、即実現場の土壌に入れるものであ
る。１１は定電力電源装置で、この定電力電源装
置１１の電源がスイツチSw1を介して上記２本の
プローブ１，１の各ヒーター線４に供給される構
成となつている。１２は装置本体で、この装置本
体１２内には、上記各プローブ１の熱電対５，６
が直列に接続された示差回路の出力電圧を検出す
る検出部１３、その電圧を温度変換する温度変換
器１４、この温度変換器１４の出力を上記基準試
料１０の熱抵抗値に加算する熱抵抗演算回路１５
及びこの熱抵抗演算回路の出力を表示する表示部
１６が夫々設けられている。また上記各プローブ
１の各熱電対５と示唆回路の出力端子との間には
上記スイツチSw1と連動する常開型接点Sw2及び
常閉型接点Sw3が設けられている。
この実施例の場合一方のプローブ１を熱抵抗値
既知の基準試料１０に入れ、他方のプローブ１を
被測定試料に入れる。そして表示部１６の表示が
０を示すと、各プローブ１が外部温度、即各試料
の温度に一様になじんだこととなる。その後スイ
ツチSw1を入れると常開型接点Sw2が閉じ、常閉
型接点Sw3が開き、各プローブ１のヒーター線４
が加熱される。そして一定時間後（例えば10分
後）、基準試料10に入れたプローブ１の熱電対５
と６との差分、即ち温度上昇分と被測定試料に入
れたプローブ１の熱電対５と６との差分、即ち温
度上昇分の差が電圧として出力され、これを温度
変換器１４で温度変換し、この出力を熱抵抗演算
回路１５で熱抵抗値差とし、基準試料10の熱抵抗
値にこれが加算され、表示部１６には被測定試料
の熱抵抗値が直ちに表示される。
既知の基準試料１０に入れ、他方のプローブ１を
被測定試料に入れる。そして表示部１６の表示が
０を示すと、各プローブ１が外部温度、即各試料
の温度に一様になじんだこととなる。その後スイ
ツチSw1を入れると常開型接点Sw2が閉じ、常閉
型接点Sw3が開き、各プローブ１のヒーター線４
が加熱される。そして一定時間後（例えば10分
後）、基準試料10に入れたプローブ１の熱電対５
と６との差分、即ち温度上昇分と被測定試料に入
れたプローブ１の熱電対５と６との差分、即ち温
度上昇分の差が電圧として出力され、これを温度
変換器１４で温度変換し、この出力を熱抵抗演算
回路１５で熱抵抗値差とし、基準試料10の熱抵抗
値にこれが加算され、表示部１６には被測定試料
の熱抵抗値が直ちに表示される。
（発明の効果）
この発明の方法及び装置は以上であり、測定方
法が、被測定試料の熱抵抗値が直接演算で出てく
るため、従来のツインプローブ法のように測定結
果を線引きしたり、作図したりして出すのと比
べ、測定値の精度が高く、誤差が生ぜず、かつ測
定者により個人差がない。さらに測定時間が短く
かつ測定が極めて容易であり、従つて熟練を要す
ることなく誰にでも測定できる。
法が、被測定試料の熱抵抗値が直接演算で出てく
るため、従来のツインプローブ法のように測定結
果を線引きしたり、作図したりして出すのと比
べ、測定値の精度が高く、誤差が生ぜず、かつ測
定者により個人差がない。さらに測定時間が短く
かつ測定が極めて容易であり、従つて熟練を要す
ることなく誰にでも測定できる。
またこの方法によれば直流電源と温度センサー
だけでよく車等の入れないところに人手で簡単に
持ち込めるので実現場向きである。またこの装置
では上述の如く各プローブの二つの熱電対を示差
型としたため、被測定試料と基準試料との初期温
度を平衡せしめる必要がなく、測定装置も簡便と
なりかつ測定時間も短縮される。
だけでよく車等の入れないところに人手で簡単に
持ち込めるので実現場向きである。またこの装置
では上述の如く各プローブの二つの熱電対を示差
型としたため、被測定試料と基準試料との初期温
度を平衡せしめる必要がなく、測定装置も簡便と
なりかつ測定時間も短縮される。
第１図はこの発明の装置の原理図、第２図はこ
の発明のプローブの断面図、第３図はこの発明の
装置の説明図、第４図は従来のツインプローブ法
の説明図である。 なお図中１はプローブ、４はヒーター線、５，
６は夫々熱電対、７は熱しやへい用テフロン、１
０は基準試料、１１は定電力電源、１２は装置本
体、１６は表示部である。
の発明のプローブの断面図、第３図はこの発明の
装置の説明図、第４図は従来のツインプローブ法
の説明図である。 なお図中１はプローブ、４はヒーター線、５，
６は夫々熱電対、７は熱しやへい用テフロン、１
０は基準試料、１１は定電力電源、１２は装置本
体、１６は表示部である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ヒーターと二つの示差型熱電対とをプローブ
の中に挿入して一つの熱電対は上記ヒーターと対
向させ、他の熱電対はヒーターと熱絶縁して成る
プローブを２本設け、一方は熱抵抗値既知の基準
試料に、他方は被測定試料にそれぞれ埋込み、各
プローブの二つの熱電対相互の温度が平衡してか
ら上記各プローブのヒーターを同一に加熱し、上
記各プローブ毎の各熱電対の温度差により温度上
昇分を求め、さらに各プローブ間の温度上昇差分
を検出してこれから熱抵抗値差を求め、その数値
を基準試料の既知の熱抵抗値に加算して被測定試
料の熱抵抗値を算出することを特徴とする熱抵抗
値測定法。 ２ ヒーターと、二つの示差型熱電対とをプロー
ブの中に挿入して一つの熱電対はヒーターと対向
させ、他の熱電対はヒーターと熱絶縁して成るプ
ローブを２本設け、これらの各プローブのヒータ
ーを加熱する直流電源を設け、またこれらの各プ
ローブの示差型熱電対を直列接続した示差回路、
この回路の出力を温度に変換する温度変換器、こ
の温度変換器の出力を熱抵抗値差にし、かつ上記
一方のプローブを差し込む基準試料の既知の熱抵
抗値にこれを加算する熱抵抗演算回路及びこの熱
抵抗演算回路の出力を表示する表示部を夫々設け
たことを特徴とする熱抵抗値測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27340485A JPS62133344A (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | 熱抵抗値測定法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27340485A JPS62133344A (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | 熱抵抗値測定法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62133344A JPS62133344A (ja) | 1987-06-16 |
| JPH0378574B2 true JPH0378574B2 (ja) | 1991-12-16 |
Family
ID=17527419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27340485A Granted JPS62133344A (ja) | 1985-12-06 | 1985-12-06 | 熱抵抗値測定法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62133344A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0774790B2 (ja) * | 1987-08-12 | 1995-08-09 | 雪印乳業株式会社 | 通電加熱法に用いられるセンサ− |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6050299B2 (ja) * | 1977-11-17 | 1985-11-07 | 古河電気工業株式会社 | 熱抵抗測定装置 |
| JPS5687850A (en) * | 1979-12-18 | 1981-07-16 | Toshiba Corp | Thermal conductivity meter |
-
1985
- 1985-12-06 JP JP27340485A patent/JPS62133344A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62133344A (ja) | 1987-06-16 |
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