JPH07146189A - 表面熱流束計測装置 - Google Patents

表面熱流束計測装置

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JPH07146189A
JPH07146189A JP29327793A JP29327793A JPH07146189A JP H07146189 A JPH07146189 A JP H07146189A JP 29327793 A JP29327793 A JP 29327793A JP 29327793 A JP29327793 A JP 29327793A JP H07146189 A JPH07146189 A JP H07146189A
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JP
Japan
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heat
holding member
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heat flux
measurement
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Withdrawn
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JP29327793A
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English (en)
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Nobuhiro Uchida
伸宏 内田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐熱材料の表面温度および熱流束を精度よく長
時間にわたって計測でき、良好な計測結果を時間をかけ
ずにリアルタイムで得られる表面熱流束計測装置を提供
する。 【構成】保持部材6にその深さ方向に沿って複数の熱電
対51乃至53を所定の間隔をもって埋め込み、保持部
材6の側面および下面を囲むように断熱材7を設けたセ
ンサ部1を計測対象である耐熱材料9中に保持部材6の
深さ方向の一端の測定面11のみを露出させて埋め込
み、センサ部1の測定面11とその周辺の耐熱材料9の
表面を耐熱コ−ティング8で被覆し、センサ部1の各熱
電対51乃至53で計測された温度デ−タをスキャナ・
アンプ2を介して演算部3に送り、演算部3は熱伝導逆
解析演算を通して表面温度および熱流束を演算し、この
演算部3での演算結果を表示部4に与え、リアルタイム
で表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱材料開発等に適用
される表面熱流束計測に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、極超音速機の開発が進められてい
るが、これとともにこのような極超音速機に使用される
耐熱材料の開発もさかんに行われている。ところで、こ
のような耐熱材料開発にあたっては、耐熱材料の長時間
にわたる表面温度および熱流束の計測が不可欠である。
しかし、耐熱材料の表面において直接センサにより温度
および熱流束の計測を行なうことはできない現状であ
る。
【0003】なぜなら、耐熱材料の表面にセンサを埋め
込むには、センサ自身に熱に対する耐久性がなかった
り、耐熱材料とセンサで表面輻射率が異なったり、気流
と耐熱材料表面との相互作用の度合いが異なる等の理由
による。
【0004】しかして、従来耐熱材料の表面温度および
熱流束の計測には、図2または図3に示すような方法が
用いられている。図2に示すものは、耐熱材料24内部
に、表面より所定の距離をもって複数の熱電対21乃至
23を並べて埋め込み、これら熱電対21乃至23によ
り耐熱材料24内部の温度変化を所定時間連続的に計測
し、その計測デ−タを基に温度分布解析を行ない、耐熱
材料24の表面の温度および熱流束を求めるようにして
いる。
【0005】また、図3は、耐熱材料の熱流束のみを衝
撃波風洞を用いて計測する場合に適用されるもので、薄
膜ゲ−ジ31を熱抵抗体32の表面に貼付けた薄膜ゲ−
ジタイプのセンサ30を耐熱材料34表面に埋め込み、
リ−ド線33を介して数msec程度の短時間で薄膜ゲ
−ジ31の電気抵抗変化を計測し、耐熱材料34表面の
熱流束を求めるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図2の方法
では、耐熱材料24の表面温度および熱流束を求めるの
に、多くの計測デ−タを必要とするため、長時間にわた
り計測を行ない、繰り返しその計測デ−タを基に温度分
布解析を行なわなければならないため、表面温度、熱流
束を求めるのに多大な時間を要するとともに、計測結果
の精度を高度のものとするには相当の経験を有する計測
者を必要とするという問題点があった。
【0007】また図3の方法では、長時間にわたる計測
を行なうと薄膜ゲ−ジ31が熱的に耐えられず溶融して
しまうおそれがあり、またこの方法で計測しうるのは熱
流束のみであり、適用できる範囲が限定されてしまうと
いう問題点があった。
【0008】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、耐熱材料の表面温度および熱流束を長時間に
わたって計測でき、良好な計測結果を時間をかけずにリ
アルタイムで得られる表面熱流束計測装置を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱物性値が既
知の保持部材、この保持部材の深さ方向に沿って所定間
隔で埋設された複数の熱検知素子、前記保持部材を囲む
ように設けられた断熱部材を有するセンサ部を具備し、
このセンサ部を、前記保持部材の深さ方向の一端を測定
面とし該測定面が計測対象の断熱材料表面に露出するよ
うに前記断熱材料中に埋め込むようにしている。
【0010】本発明は、熱物性値が既知の保持部材、こ
の保持部材の深さ方向に沿って所定間隔で埋設された複
数の熱検知素子、前記保持部材を囲むように設けられた
断熱部材を有し、前記保持部材の深さ方向の一端を測定
面とし該測定面が計測対象の断熱材料表面に露出するよ
うに前記断熱材料中に埋め込まれるセンサ部と、前記各
熱検知素子で測定される温度デ−タを所定時間間隔で出
力するスキャナと、このスキャナより与えられる各熱検
知素子からの温度デ−タに基づいて表面温度および熱流
束を演算する演算手段と、この演算手段での演算結果を
表示する表示手段により構成されている。
【0011】
【作用】この結果、本発明によれば、熱物性値が既知の
保持部材、この保持部材の深さ方向に沿って所定間隔で
埋設された複数の熱検知素子、前記保持部材を囲むよう
に設けられた断熱部材を有するセンサ部を、前記保持部
材の深さ方向の一端を測定面とし該測定面が計測対象の
断熱材料表面に露出するように前記断熱材料中に埋め込
むようにしたので、各熱検知素子により断熱材料の表面
温度、熱流束に相当する熱流を正確にとらえることがで
きる。
【0012】また、本発明によれば、熱物性値が既知の
保持部材、この保持部材の深さ方向に沿って所定間隔で
埋設された複数の熱検知素子、前記保持部材を囲むよう
に設けられた断熱部材を有するセンサ部を、前記保持部
材の深さ方向の一端を測定面とし該測定面が計測対象の
断熱材料表面に露出するように前記断熱材料中に埋め込
み、前記各熱検知素子で測定される温度デ−タをスキャ
ナにより所定時間間隔で出力し、このスキャナより与え
られる各熱検知素子からの温度デ−タに基づいて演算手
段により表面温度および熱流束を演算し、この演算手段
での演算結果を表示手段による表示するようにしたの
で、センサ部で検出される耐熱材料の表面温度および熱
流束をリアルタイムで演算、表示できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従い説明す
る。図1は、本実施例における表面熱流束計測装置の概
略構成を示した断面図である。
【0014】図1における1は、本発明における表面熱
流束計測装置のセンサ部を示している。センサ部1にお
いて6は、例えば銅等の熱物性値が既知の材料からなる
熱検出素子保持部材で、この保持部材6には、その深さ
方向に沿って熱検出素子である複数(図示例では3個)
の熱電対51乃至53を所定の間隔をもって埋め込んで
いる。そして、このような保持部材6は側面および下面
を囲むように断熱材7を設けている。
【0015】このように構成したセンサ部1は計測対象
である耐熱材料9中に保持部材6の深さ方向の一端の測
定面11のみを露出させて埋め込むようにする。この場
合、センサ部1の測定面11と耐熱材料9表面とが面一
になるようにしている。そして、センサ部1の測定面1
1とその周辺の耐熱材料9の表面を耐熱コ−ティング8
で被覆している。この耐熱コ−ティング8は表面におけ
る輻射率を耐熱材料9と同じものが用いられている。
【0016】一方、センサ部1の各熱電対51乃至53
で計測された温度デ−タはスキャナ・アンプ2を介して
演算部3に送られるようにしている。スキャナ・アンプ
2は、各熱電対51乃至53で計測された温度デ−タを
所定時間間隔で出力するもので、演算部3は、この所定
時間間隔で与えられる各熱電対51乃至53からの温度
デ−タに基づいた熱伝導逆解析演算を通して表面温度お
よび熱流束を演算するようにしている。
【0017】そして、この演算部3での演算結果を表示
部4に与えるようにしている。この表示部4は、演算部
3からの演算結果をリアルタイムで表示するようにして
いる。
【0018】このような構成において、耐熱材料9表面
が極超音速流にさらされると、熱流Hが耐熱コ−ティン
グ8を介して耐熱材料9表面に、その垂直方向から与え
られる。この熱流Hは、耐熱コ−ティング8を介してセ
ンサ部1の測定面11からも与えられ、保持部材6中の
熱電対51乃至53に伝えられ、それぞれ熱電対51乃
至53より温度デ−タとして検出される。
【0019】この場合、センサ部1は、熱物性値が既知
の保持部材6周囲を断熱材7で囲むようにしているの
で、センサ部1に与えられる熱流Hは、耐熱材料9の存
在で周囲からの影響を受けることなく保持部材6中を進
むようになり、これによりセンサ部1内部での熱流は、
このセンサ部1の深さ方向に近似できるようになる。そ
して各熱電対51乃至53により、センサ部1の深さ方
向に対応する熱流を検出し、温度デ−タとして出力する
ことになる。
【0020】各熱電対51乃至53で測定される温度デ
−タは、スキャナ・アンプ2より所定時間間隔で出力さ
れ、演算部3に送られ、ここで各熱電対51乃至53か
らの温度デ−タに基づいた熱伝導逆解析演算を通して表
面温度および熱流束が演算され、この演算結果が表示部
4に送られ、リアルタイムで表示される。
【0021】従って、このような実施例によれば、保持
部材6にその深さ方向に沿って複数の熱電対51乃至5
3を所定の間隔をもって埋め込み、保持部材6の側面お
よび下面を囲むように断熱材7を設けたセンサ部1を計
測対象である耐熱材料9中に保持部材6の深さ方向の一
端の測定面11のみを露出させて埋め込むことにより、
センサ部1に与えられる熱流Hを保持部材6中を進むよ
うにできるので、各熱電対51乃至53により耐熱材料
9の表面温度、熱流束に相当する熱流を正確にとらえる
ことができ、耐熱材料9の表面温度および熱流束を精度
よく長時間にわたって計測でき、良好な計測結果を得ら
れる。
【0022】また、センサ部1の各熱電対51乃至53
で計測された温度デ−タはスキャナ・アンプ2を介して
演算部3に送られ、演算部3は熱伝導逆解析演算を通し
て表面温度および熱流束を演算し、この演算結果を表示
部4に表示するようにしているので、計測結果をリアル
タイムで知ることができる。
【0023】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。
例えば、上記実施例では3つの熱電対を用いたが、任意
の数の熱電対を用いることができ、多数であればより精
度の高い計測結果が得られる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、熱物性値が既知の保持
部材、この保持部材の深さ方向に沿って所定間隔で埋設
された複数の熱検知素子、前記保持部材を囲むように設
けられた断熱部材を有するセンサ部を、前記保持部材の
深さ方向の一端を測定面とし該測定面が計測対象の断熱
材料表面に露出するように前記断熱材料中に埋め込むよ
うにしたので、各熱検知素子により断熱材料の表面温
度、熱流束に相当する熱流を正確にとらえることがで
き、耐熱材料の表面温度および熱流束を精度よく長時間
にわたって計測できる。
【0025】また、本発明によれば、熱物性値が既知の
保持部材、この保持部材の深さ方向に沿って所定間隔で
埋設された複数の熱検知素子、前記保持部材を囲むよう
に設けられた断熱部材を有するセンサ部を、前記保持部
材の深さ方向の一端を測定面とし該測定面が計測対象の
断熱材料表面に露出するように前記断熱材料中に埋め込
み、前記各熱検知素子で測定される温度デ−タをスキャ
ナにより所定時間間隔で出力し、このスキャナより与え
られる各熱検知素子からの温度デ−タに基づいて演算手
段により表面温度および熱流束を演算し、この演算手段
での演算結果を表示手段による表示するようにしたの
で、センサ部で検出される耐熱材料の表面温度および熱
流束をリアルタイムで演算表示でき、これら計測のため
の作業能率を大幅の向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における表面熱流束計測装置
の構成を示す断面図。
【図2】従来の耐熱材料の表面温度および熱流束の計測
方法を示す図。
【図3】従来の耐熱材料の熱流束の計測方法を示す図。
【符号の説明】
H…熱流、 1…センサ部、 2…スキャナ・アンプ、 3…演算部、 4…表示部、 51…熱電対、 52…熱電対、 53…熱電対、 6…保持部材、 7…断熱材、 8…耐熱コ−ティング、 9…耐熱材料、 11…測定面、 21…熱電対、 22…熱電対、 23…熱電対、 24…耐熱材料、 30…センサ、 31…薄膜ゲ−ジ、 32…熱抵抗体、 33…リ−ド線、 34…耐熱材料。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱物性値が既知の保持部材、この保持部
    材の深さ方向に沿って所定間隔で埋設された複数の熱検
    知素子、前記保持部材を囲むように設けられた断熱部材
    を有するセンサ部を具備し、 このセンサ部は、前記保持部材の深さ方向の一端を測定
    面とし該測定面が計測対象の断熱材料表面に露出するよ
    うに前記断熱材料中に埋め込まれることを特徴とする表
    面熱流束計測装置。
  2. 【請求項2】 熱物性値が既知の保持部材、この保持部
    材の深さ方向に沿って所定間隔で埋設された複数の熱検
    知素子、前記保持部材を囲むように設けられた断熱部材
    を有し、前記保持部材の深さ方向の一端を測定面とし該
    測定面が計測対象の断熱材料表面に露出するように前記
    断熱材料中に埋め込まれるセンサ部と、 前記各熱検知素子で測定される温度デ−タを所定時間間
    隔で出力するスキャナと、 このスキャナより与えられる各熱検知素子からの温度デ
    −タに基づいて表面温度および熱流束を演算する演算手
    段と、 この演算手段での演算結果を表示する表示手段とを具備
    したことを特徴とする表面熱流束計測装置。
JP29327793A 1993-11-24 1993-11-24 表面熱流束計測装置 Withdrawn JPH07146189A (ja)

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