JPH0862163A - 熱流センサの校正方法及びその装置 - Google Patents
熱流センサの校正方法及びその装置Info
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- JPH0862163A JPH0862163A JP6194336A JP19433694A JPH0862163A JP H0862163 A JPH0862163 A JP H0862163A JP 6194336 A JP6194336 A JP 6194336A JP 19433694 A JP19433694 A JP 19433694A JP H0862163 A JPH0862163 A JP H0862163A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 測定対象を管体とする熱流センサの校正方法
およびその装置に関し、被測定管の側周面に近接配置
し、該被測定管と外部雰囲気との間で授受される熱流量
を測定する熱流センサの実測時の状態を再現し、より正
確な校正を行えるようにすることを目的とする。 【構成】 熱流センサＳを、上記被測定管に等しい径の
管状基準熱源１に実測時と同じ状態で近接配置し、上記
管状基準熱源１を基準熱源制御手段３１によって所定の
生成熱量で稼働させ、このときの熱流センサＳを通過す
る熱流量を、上記生成熱量と雰囲気温度Ｔ∞及び熱流セ
ンサＳ上面の温度Ｔs2より演算手段４１において算出
し、該算出結果に基づいて熱流センサＳの出力レベルの
校正を行うようにし、これによって上記熱流センサＳが
実測時と同一の曲率で湾曲されるとともに実測時と同じ
圧力を管状基準熱源１より加えられることになるので、
校正時及び実測時相互での感度特性を等しくしている。
およびその装置に関し、被測定管の側周面に近接配置
し、該被測定管と外部雰囲気との間で授受される熱流量
を測定する熱流センサの実測時の状態を再現し、より正
確な校正を行えるようにすることを目的とする。 【構成】 熱流センサＳを、上記被測定管に等しい径の
管状基準熱源１に実測時と同じ状態で近接配置し、上記
管状基準熱源１を基準熱源制御手段３１によって所定の
生成熱量で稼働させ、このときの熱流センサＳを通過す
る熱流量を、上記生成熱量と雰囲気温度Ｔ∞及び熱流セ
ンサＳ上面の温度Ｔs2より演算手段４１において算出
し、該算出結果に基づいて熱流センサＳの出力レベルの
校正を行うようにし、これによって上記熱流センサＳが
実測時と同一の曲率で湾曲されるとともに実測時と同じ
圧力を管状基準熱源１より加えられることになるので、
校正時及び実測時相互での感度特性を等しくしている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱流センサの校正方法お
よびその装置に関し、特に測定対象を管体とする熱流セ
ンサの校正方法およびその装置に関するものである。
よびその装置に関し、特に測定対象を管体とする熱流セ
ンサの校正方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発電所のボイラ等のような熱交換システ
ムにおいては、稼働時間が経るに従って、システム内に
配置された管体の内面にスケールやスライムが付着し、
これによって管体の熱抵抗が増大し、熱交換効率を低下
させるばかりか、管内圧力の異常上昇や冷却水の流通不
全に起因する過熱障害の原因となることがある。このた
め、上記管体内面の清浄作業（例えば洗浄液を管内に流
通させる化学的な処理や微細な固形物を流体とともに流
通させる物理的な処理）が定期的に実施されるととも
に、上記洗浄作業の実施時期を知る上で熱交換システム
で使用される管体の熱抵抗が定期的に測定される。
ムにおいては、稼働時間が経るに従って、システム内に
配置された管体の内面にスケールやスライムが付着し、
これによって管体の熱抵抗が増大し、熱交換効率を低下
させるばかりか、管内圧力の異常上昇や冷却水の流通不
全に起因する過熱障害の原因となることがある。このた
め、上記管体内面の清浄作業（例えば洗浄液を管内に流
通させる化学的な処理や微細な固形物を流体とともに流
通させる物理的な処理）が定期的に実施されるととも
に、上記洗浄作業の実施時期を知る上で熱交換システム
で使用される管体の熱抵抗が定期的に測定される。
【０００３】図５は先に本出願人らによって特開平6-33
00号公報において開示された上記管体の熱抵抗測定装置
の外観斜視図である。図５に示す被測定管９２には、セ
ンサユニット８０が装着されるとともに、所定の温度・
流量に調整された流体を図示しない供給手段によって流
通させるようにしている。
00号公報において開示された上記管体の熱抵抗測定装置
の外観斜視図である。図５に示す被測定管９２には、セ
ンサユニット８０が装着されるとともに、所定の温度・
流量に調整された流体を図示しない供給手段によって流
通させるようにしている。
【０００４】上記センサユニット８０は、例えばアルミ
ニウムブロックで形成された一対の半裁管８０ａ，８０
ｂと、該半裁管８０ａ，８０ｂの内面側に積層配置され
た熱抵抗体８１とを備え、双方の半裁管８０ａ，８０ｂ
にわたって挿通されるボルト８４とこれに螺合するナッ
ト８５とによって固定される。
ニウムブロックで形成された一対の半裁管８０ａ，８０
ｂと、該半裁管８０ａ，８０ｂの内面側に積層配置され
た熱抵抗体８１とを備え、双方の半裁管８０ａ，８０ｂ
にわたって挿通されるボルト８４とこれに螺合するナッ
ト８５とによって固定される。
【０００５】さらに上記熱抵抗体８１のほぼ中央部に
は、図６に示すように、上記装着状態で被測定管９２側
に面するように熱流センサＳが埋設されるとともに、該
熱流センサＳと熱抵抗体８１との間隔位置に温度センサ
ＴS が配置されている。
は、図６に示すように、上記装着状態で被測定管９２側
に面するように熱流センサＳが埋設されるとともに、該
熱流センサＳと熱抵抗体８１との間隔位置に温度センサ
ＴS が配置されている。
【０００６】このような熱抵抗測定装置によれば、上記
被測定管９２の温度Ｔ2 と上記温度センサＴS で測温さ
れた熱抵抗体８１内部の温度Ｔ1 との温度差ΔＴと、熱
流センサＳを通過する熱流量ｑとに基づいて下記数式
(A) に示すように被測定管９２の熱抵抗値ＲT を求める
ことができ、さらに例えば同質・同径の未使用管の熱抵
抗値ＲT0を求め、上記熱抵抗値の差（＝ＲT −ＲT0）に
基づいて被測定管９２の内面に付着したスケールやスラ
イムの熱抵抗値を求めることができる。
被測定管９２の温度Ｔ2 と上記温度センサＴS で測温さ
れた熱抵抗体８１内部の温度Ｔ1 との温度差ΔＴと、熱
流センサＳを通過する熱流量ｑとに基づいて下記数式
(A) に示すように被測定管９２の熱抵抗値ＲT を求める
ことができ、さらに例えば同質・同径の未使用管の熱抵
抗値ＲT0を求め、上記熱抵抗値の差（＝ＲT −ＲT0）に
基づいて被測定管９２の内面に付着したスケールやスラ
イムの熱抵抗値を求めることができる。
【０００７】
【数１】
【０００８】また、上記構成では図７(a) に示すよう
に、上記熱流センサＳが被測定管９２の側周面に符合し
た曲率で湾曲するように密着支持されるので、検出すべ
き全ての熱流方向に対して熱流センサＳの有効検出面が
直角となり、例えば図７(b) に示すような平板状に配置
させた熱流センサＳ′によるよりも検出対象となる熱流
の一次元性が保持され、より正確な測定が行われる。
に、上記熱流センサＳが被測定管９２の側周面に符合し
た曲率で湾曲するように密着支持されるので、検出すべ
き全ての熱流方向に対して熱流センサＳの有効検出面が
直角となり、例えば図７(b) に示すような平板状に配置
させた熱流センサＳ′によるよりも検出対象となる熱流
の一次元性が保持され、より正確な測定が行われる。
【０００９】また、特に上記熱抵抗体８１を、例えばネ
オプレンゴムやシリコンゴムのような可撓性材料で構成
するとともに半裁管９０ａ，９０ｂに対して着脱可能と
することにより、例えば種々の管径の被測定管９２に応
じて複数種類の半裁管を取り揃えておくだけで、上記熱
流センサＳを備える熱抵抗体８１を共通に使用できる利
点がある。
オプレンゴムやシリコンゴムのような可撓性材料で構成
するとともに半裁管９０ａ，９０ｂに対して着脱可能と
することにより、例えば種々の管径の被測定管９２に応
じて複数種類の半裁管を取り揃えておくだけで、上記熱
流センサＳを備える熱抵抗体８１を共通に使用できる利
点がある。
【００１０】ところで、上記熱流センサによる被測定管
の熱抵抗値の測定精度を高めるために、熱流センサの感
度、すなわち熱流センサを通過する熱流量とこれに対応
する測定出力との関係を求める校正作業が上記実測に先
立って行われる必要があり、実測時の測定精度は校正作
業の精度によって大きく左右される。
の熱抵抗値の測定精度を高めるために、熱流センサの感
度、すなわち熱流センサを通過する熱流量とこれに対応
する測定出力との関係を求める校正作業が上記実測に先
立って行われる必要があり、実測時の測定精度は校正作
業の精度によって大きく左右される。
【００１１】特公昭55-36091号公報には上記熱流センサ
の校正方法に係る発明が記載されており、図８は上記校
正方法において使用される装置の概念図である。図８に
示すように、校正対象となる熱流センサＳに、発熱量が
測定可能な第１の均熱加熱器７１の一方の面を密着さ
せ、該均熱加熱器７１の他方の発熱面に等温断熱用熱流
センサ７２を密着させるとともに、さらに該等温断熱用
熱流センサ７２の他方の面に第２の均熱加熱器７３を配
置するようにしている。
の校正方法に係る発明が記載されており、図８は上記校
正方法において使用される装置の概念図である。図８に
示すように、校正対象となる熱流センサＳに、発熱量が
測定可能な第１の均熱加熱器７１の一方の面を密着さ
せ、該均熱加熱器７１の他方の発熱面に等温断熱用熱流
センサ７２を密着させるとともに、さらに該等温断熱用
熱流センサ７２の他方の面に第２の均熱加熱器７３を配
置するようにしている。
【００１２】このような構成において熱流センサＳの出
力を校正するには、上記第１の均熱加熱器７１を所定発
熱量で発熱させるとともに、上記等温断熱用熱流センサ
７２の測定出力が零となるように上記第２の均熱加熱器
７３を発熱させた上で、上記第１の均熱加熱器７１の発
熱量と上記熱流センサＳの測定出力との関係に基づいて
該熱流センサＳの校正を行うようにしている。
力を校正するには、上記第１の均熱加熱器７１を所定発
熱量で発熱させるとともに、上記等温断熱用熱流センサ
７２の測定出力が零となるように上記第２の均熱加熱器
７３を発熱させた上で、上記第１の均熱加熱器７１の発
熱量と上記熱流センサＳの測定出力との関係に基づいて
該熱流センサＳの校正を行うようにしている。
【００１３】これによって、第１の均熱加熱器７１の等
温断熱用熱流センサ７２側では断熱状態が保持され、第
１の均熱加熱器７１の全熱量が熱流センサＳ側に流入す
ることになる。従って、所要の演算処理によって、上記
熱流センサＳを通過する熱流量が正確に算出され、厳密
な校正がなされることとなる。
温断熱用熱流センサ７２側では断熱状態が保持され、第
１の均熱加熱器７１の全熱量が熱流センサＳ側に流入す
ることになる。従って、所要の演算処理によって、上記
熱流センサＳを通過する熱流量が正確に算出され、厳密
な校正がなされることとなる。
【００１４】さらに、上記校正装置においてはより校正
精度を高めるために、上記積層配置された熱流センサＳ
や、均熱加熱器７１，７３、等温断熱用熱流センサ７２
の両側端面ｆにも校正用熱流センサ７４と均熱加熱器７
５とを配置するようにし、上記側端面ｆにおける熱損失
を無くすようにして、より厳密に熱流センサＳを通過す
る熱流量を正確に求めることができるようにしている。
精度を高めるために、上記積層配置された熱流センサＳ
や、均熱加熱器７１，７３、等温断熱用熱流センサ７２
の両側端面ｆにも校正用熱流センサ７４と均熱加熱器７
５とを配置するようにし、上記側端面ｆにおける熱損失
を無くすようにして、より厳密に熱流センサＳを通過す
る熱流量を正確に求めることができるようにしている。
【００１５】従って、図５乃至図６に示すような熱抵抗
測定装置の校正作業を行う場合には、上記熱抵抗体８１
に担持された状態で熱流センサＳを第１の均熱加熱器７
１に密着させ、上記と同様の手順にて校正を行うように
している。
測定装置の校正作業を行う場合には、上記熱抵抗体８１
に担持された状態で熱流センサＳを第１の均熱加熱器７
１に密着させ、上記と同様の手順にて校正を行うように
している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の校正方法を図５乃至図６に示す熱抵抗測定装置に適
用した場合、熱流センサＳは熱抵抗体８１とともに平面
状に保持された状態で校正されるのに対し、実測時には
熱流センサＳは半裁管９０ａ，９０ｂの内面（被測定管
２の側周面）に沿って湾曲された状態で保持されるとこ
ろから、該実測時には校正時において加えられない曲げ
応力や圧力が熱流センサＳに対して加えられることとな
る。
来の校正方法を図５乃至図６に示す熱抵抗測定装置に適
用した場合、熱流センサＳは熱抵抗体８１とともに平面
状に保持された状態で校正されるのに対し、実測時には
熱流センサＳは半裁管９０ａ，９０ｂの内面（被測定管
２の側周面）に沿って湾曲された状態で保持されるとこ
ろから、該実測時には校正時において加えられない曲げ
応力や圧力が熱流センサＳに対して加えられることとな
る。
【００１７】その結果、上記校正によって特定された熱
流センサＳの感度特性が、実測時とは相違することにな
り、最終的に得られる被測定管の熱抵抗値に誤差が含ま
れることが指摘されている。
流センサＳの感度特性が、実測時とは相違することにな
り、最終的に得られる被測定管の熱抵抗値に誤差が含ま
れることが指摘されている。
【００１８】本発明は上記従来の事情に鑑みて提案され
たものであって、被測定管の側周面に近接配置し、該被
測定管と外部雰囲気との間で授受される熱流量を測定す
る熱流センサの実測時の状態を再現し、より正確な校正
を行えるようにした校正方法及びその装置を提供するこ
とを目的とするものである。
たものであって、被測定管の側周面に近接配置し、該被
測定管と外部雰囲気との間で授受される熱流量を測定す
る熱流センサの実測時の状態を再現し、より正確な校正
を行えるようにした校正方法及びその装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、被測定
管の側周面に近接配置し、該被測定管と外部雰囲気との
間で授受される熱流量を測定する熱流センサの校正方法
において、図１、図２に示すように、上記熱流センサＳ
を、上記被測定管に等しい径の管状基準熱源１に実測時
と同じ状態で近接配置し、上記管状基準熱源１を基準熱
源制御手段３１によって所定の生成熱量で稼働させ、こ
のときの熱流センサＳを通過する熱流量を、上記生成熱
量と雰囲気温度Ｔ∞及び熱流センサＳ上面の温度Ｔs2よ
り演算手段４１において算出し、該算出結果に基づいて
熱流センサＳの出力レベルの校正を行うようにする。
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、被測定
管の側周面に近接配置し、該被測定管と外部雰囲気との
間で授受される熱流量を測定する熱流センサの校正方法
において、図１、図２に示すように、上記熱流センサＳ
を、上記被測定管に等しい径の管状基準熱源１に実測時
と同じ状態で近接配置し、上記管状基準熱源１を基準熱
源制御手段３１によって所定の生成熱量で稼働させ、こ
のときの熱流センサＳを通過する熱流量を、上記生成熱
量と雰囲気温度Ｔ∞及び熱流センサＳ上面の温度Ｔs2よ
り演算手段４１において算出し、該算出結果に基づいて
熱流センサＳの出力レベルの校正を行うようにする。
【００２０】さらに上記管状基準熱源１の両端面及び両
端面近傍の側周面に、それぞれ補助熱源２１H 〜２４H
によって熱量を供給し、上記両端面及び側周面に配置さ
れる等温断熱用熱流センサ２１S 〜２４S の出力レベル
が零となる断熱状態に保持することも望ましい。
端面近傍の側周面に、それぞれ補助熱源２１H 〜２４H
によって熱量を供給し、上記両端面及び側周面に配置さ
れる等温断熱用熱流センサ２１S 〜２４S の出力レベル
が零となる断熱状態に保持することも望ましい。
【００２１】
【作用】上記の構成によれば、校正に付される熱流セン
サＳは実測時と同一の曲率で湾曲されるとともに実測時
と同じ圧力を管状基準熱源１より加えられることになる
ので、校正時及び実測時相互での熱流センサＳの感度特
性が等しくなる。
サＳは実測時と同一の曲率で湾曲されるとともに実測時
と同じ圧力を管状基準熱源１より加えられることになる
ので、校正時及び実測時相互での熱流センサＳの感度特
性が等しくなる。
【００２２】また、上記のように校正作業中に稼働する
管状基準熱源１の両端面及び該両端面近傍の側周面を断
熱状態に保持することにより、校正対象である熱流セン
サＳを通過する熱流量がより正確に算出できるようにな
る。
管状基準熱源１の両端面及び該両端面近傍の側周面を断
熱状態に保持することにより、校正対象である熱流セン
サＳを通過する熱流量がより正確に算出できるようにな
る。
【００２３】
【実施例】図１は本発明に係る一実施例の構成を示す機
能ブロック図であり、図２はその要部構成図である。
能ブロック図であり、図２はその要部構成図である。
【００２４】図１及び図２に示すように、実測に供され
る被測定管に等しい径で、内部にヒータ１１を備える管
状基準熱源１に対して、既述のように半裁管９０ａ，９
０ｂとその内面に積層配置される熱抵抗体８１とを備え
るセンサユニット８０（図５乃至図６参照）が実測時と
同じくボルト８４によって取り付けられ、上記熱抵抗体
８１のほぼ中央位置に配置された熱流センサＳが上記管
状基準熱源１に近接配置される。
る被測定管に等しい径で、内部にヒータ１１を備える管
状基準熱源１に対して、既述のように半裁管９０ａ，９
０ｂとその内面に積層配置される熱抵抗体８１とを備え
るセンサユニット８０（図５乃至図６参照）が実測時と
同じくボルト８４によって取り付けられ、上記熱抵抗体
８１のほぼ中央位置に配置された熱流センサＳが上記管
状基準熱源１に近接配置される。
【００２５】上記管状基準熱源１の内部には、基準熱源
制御手段３１によって所定の生成熱量Ｑ0 で稼働される
メインヒータ１１が設けられるとともに、その側周面全
体には熱放射率を高めるための艶消し黒色塗装が施され
ている。また、上記基準熱源制御手段３１からメインヒ
ータ１１への供給電力Ｗは後述するように校正に係る種
々の計算を行う演算手段４１に入力されるようにしてい
る。
制御手段３１によって所定の生成熱量Ｑ0 で稼働される
メインヒータ１１が設けられるとともに、その側周面全
体には熱放射率を高めるための艶消し黒色塗装が施され
ている。また、上記基準熱源制御手段３１からメインヒ
ータ１１への供給電力Ｗは後述するように校正に係る種
々の計算を行う演算手段４１に入力されるようにしてい
る。
【００２６】さらに熱流センサＳの上面には温度センサ
ＴS2が配置されるとともに、上記管状基準熱源１及びセ
ンサユニット８０を取り巻く外部雰囲気温度を測定する
温度センサＴSaが配置され、各温度センサＴS2，ＴSaの
測定出力Ｔs2及びＴ∞が演算手段４１に入力されるよう
にしている。
ＴS2が配置されるとともに、上記管状基準熱源１及びセ
ンサユニット８０を取り巻く外部雰囲気温度を測定する
温度センサＴSaが配置され、各温度センサＴS2，ＴSaの
測定出力Ｔs2及びＴ∞が演算手段４１に入力されるよう
にしている。
【００２７】尚、上記センサユニット８０には上記温度
センサＴS2の他に、例えば熱流センサＳと管状基準熱源
１との間隔位置や半裁管９０ａ，９０ｂの外周面等にも
測温手段を配置することができるが、この実施例では後
述するような演算手段４１における演算処理によって上
記２基の温度センサＴS2，ＴSaだけで管状基準熱源１や
半裁管９０ａ，９０ｂの外周面の温度を求めるようにし
ている（後述の式B-11,13 参照）。
センサＴS2の他に、例えば熱流センサＳと管状基準熱源
１との間隔位置や半裁管９０ａ，９０ｂの外周面等にも
測温手段を配置することができるが、この実施例では後
述するような演算手段４１における演算処理によって上
記２基の温度センサＴS2，ＴSaだけで管状基準熱源１や
半裁管９０ａ，９０ｂの外周面の温度を求めるようにし
ている（後述の式B-11,13 参照）。
【００２８】またこの管状基準熱源１の左右両端面には
等温断熱用熱流センサ２１S ，２２S が近接配置される
とともに、各等温断熱用熱流センサ２１S ，２２S の外
側位置には補助熱源２１H ，２２H が配置されている。
また、上記左右両端面近傍の側周面の全周にわたって第
２の等温断熱用熱流センサ２３S ，２４S と、その外周
位置の補助熱源２３H ，２４H とが相互に積層された状
態で近接配置されており、これら等温断熱用熱流センサ
２２S 〜２４S 及び補助熱源２１H 〜２４H は、各々が
配置された管状基準熱源１の左右両端面とその近傍の側
周面を熱平衡状態にするために設けられている。
等温断熱用熱流センサ２１S ，２２S が近接配置される
とともに、各等温断熱用熱流センサ２１S ，２２S の外
側位置には補助熱源２１H ，２２H が配置されている。
また、上記左右両端面近傍の側周面の全周にわたって第
２の等温断熱用熱流センサ２３S ，２４S と、その外周
位置の補助熱源２３H ，２４H とが相互に積層された状
態で近接配置されており、これら等温断熱用熱流センサ
２２S 〜２４S 及び補助熱源２１H 〜２４H は、各々が
配置された管状基準熱源１の左右両端面とその近傍の側
周面を熱平衡状態にするために設けられている。
【００２９】すなわち、例えば等温断熱用熱流センサ２
１S の出力は増幅器２１A を経てＡ／Ｄ変換器２１C に
入力され、該等温断熱用熱流センサ２１S に対応する補
助熱源制御手段２１P に入力される。この補助熱源制御
手段２１P は上記Ａ／Ｄ変換器２１C の出力レベルに基
づいて補助熱源２１H を制御するものであり、例えば等
温断熱用熱流センサ２１S が管状基準熱源１より外部雰
囲気に向かう熱流を検出した時には補助熱源２１H の発
熱量を増加させる一方、逆に外部雰囲気より管状基準熱
源１に向かう熱流は検出されたときには補助熱源２１H
の発熱量を減少させるように動作し、これによって管状
基準熱源１の端面が断熱状態に保持されることとなる。
もちろん、上記動作は他の補助熱源制御手段２２P 〜２
４P においても同様である。
１S の出力は増幅器２１A を経てＡ／Ｄ変換器２１C に
入力され、該等温断熱用熱流センサ２１S に対応する補
助熱源制御手段２１P に入力される。この補助熱源制御
手段２１P は上記Ａ／Ｄ変換器２１C の出力レベルに基
づいて補助熱源２１H を制御するものであり、例えば等
温断熱用熱流センサ２１S が管状基準熱源１より外部雰
囲気に向かう熱流を検出した時には補助熱源２１H の発
熱量を増加させる一方、逆に外部雰囲気より管状基準熱
源１に向かう熱流は検出されたときには補助熱源２１H
の発熱量を減少させるように動作し、これによって管状
基準熱源１の端面が断熱状態に保持されることとなる。
もちろん、上記動作は他の補助熱源制御手段２２P 〜２
４P においても同様である。
【００３０】従って、上記管状基準熱源１における生成
熱量Ｑ0 は、図２に示す伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ
1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 の和に等しく、この場合の熱収支は当然
ながら次式(B-1) で表される。
熱量Ｑ0 は、図２に示す伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ
1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 の和に等しく、この場合の熱収支は当然
ながら次式(B-1) で表される。
【００３１】尚、上記伝熱面I は半裁管９０ａ，９０ｂ
によって覆われない管状基準熱源１の側周面、伝熱面II
は半裁管９０ａ，９０ｂの側周面、伝熱面III は半裁管
９０ａ，９０ｂの左右両端面である。
によって覆われない管状基準熱源１の側周面、伝熱面II
は半裁管９０ａ，９０ｂの側周面、伝熱面III は半裁管
９０ａ，９０ｂの左右両端面である。
【００３２】 Ｑ0 ＝Ｑ1 ＋Ｑ2 ＋Ｑ3 (B-1)ここで、上
記各伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は外
部雰囲気への自由対流による放熱量ｑcnと熱放射量ｑrn
との和であり、それぞれ次式(B-2)で表される。
記各伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は外
部雰囲気への自由対流による放熱量ｑcnと熱放射量ｑrn
との和であり、それぞれ次式(B-2)で表される。
【００３３】 Ｑn ＝（ｑcn＋ｑrn）Ａn (B-2) 上記式(B-2) において、n は各伝熱面I,II,IIIに対応す
る添字(=1,2,3)であり、Ａn は各伝熱面I,II,IIIの表面
積である。従って、上記管状基準熱源１の直径Ｄ1 、同
じく全長Ｌ1 、半裁管９０ａ，９０ｂの直径Ｄ2 、同じ
く全長Ｌ2 とすると、Ａn は下記(B-3-1),(B-3-2),(B-3
-3) で表される。
る添字(=1,2,3)であり、Ａn は各伝熱面I,II,IIIの表面
積である。従って、上記管状基準熱源１の直径Ｄ1 、同
じく全長Ｌ1 、半裁管９０ａ，９０ｂの直径Ｄ2 、同じ
く全長Ｌ2 とすると、Ａn は下記(B-3-1),(B-3-2),(B-3
-3) で表される。
【００３４】 Ａ1 ＝πＤ1 （Ｌ1 −Ｌ2 ） (B-3-1) Ａ2 ＝πＤ2 Ｌ2 (B-3-2) Ａ3 ＝π／４・（Ｄ12−Ｄ22）×２ (B-3-3) 各伝熱面I,II,IIIよりの自由対流による放熱量ｑcnは次
式(B-4) で算出される。但し、下記数式中、αcnは熱伝
達係数であり、Ｔwnは各伝熱面I,II,IIIの表面温度、Ｔ
∞は温度センサＴSaによって得られる外部雰囲気温度で
ある。
式(B-4) で算出される。但し、下記数式中、αcnは熱伝
達係数であり、Ｔwnは各伝熱面I,II,IIIの表面温度、Ｔ
∞は温度センサＴSaによって得られる外部雰囲気温度で
ある。
【００３５】 ｑcn＝αcn（Ｔwn−Ｔ∞） (B-4) 上記式(B-4) に示す熱伝達係数αcnは、次のヌセルト数
Ｎu で無次元表示される。
Ｎu で無次元表示される。
【００３６】Ｎu ＝αcnＤn ／λ ここでλは空気の熱伝導率、Ｄn は上記各伝熱面の代表
長さであり、伝熱面I,IIに対しては上記直径Ｄ1,Ｄ2
を、伝熱面III に対しては（Ｄ2 −Ｄ1 ）／２を用い
る。従って、以下に述べる演算によってヌセルト数Ｎu
の値が得られれば、αcn＝Ｎu λ／Ｄn で算出できる。
長さであり、伝熱面I,IIに対しては上記直径Ｄ1,Ｄ2
を、伝熱面III に対しては（Ｄ2 −Ｄ1 ）／２を用い
る。従って、以下に述べる演算によってヌセルト数Ｎu
の値が得られれば、αcn＝Ｎu λ／Ｄn で算出できる。
【００３７】上記伝熱面I,IIの熱伝達係数αc1, αc2に
対しては水平円管の自由対流伝熱に関する無次元式であ
る下記数式(B-5) を適用できる。
対しては水平円管の自由対流伝熱に関する無次元式であ
る下記数式(B-5) を適用できる。
【００３８】
【数２】
【００３９】但し上記式(B-5) において、 Ｎｕd ：ヌセルト数 Ｒａd ：レーレー数 また、上記式(B-5) 中、Ｒａd 、ｍ、Ｃ1 は下記数式(B
-6),(B-7),(B-8) によって表される。
-6),(B-7),(B-8) によって表される。
【００４０】
【数３】
【００４１】尚、上記数式(B-6),(B-7),(B-8) に記載の
各パラメータは以下の通りである。 Ｇｒ：グラスホフ数 Ｐｒ：プラントル数 cp ：空気の定圧比熱 μ ：空気の粘度 λ ：空気の熱伝導率 ν ：空気の動粘度 温度によって変動する空気の物性値cp，λ，μ，νは外
部雰囲気温度Ｔ∞と各伝熱面の温度Ｔwnとに基づいて、
Ｔwn−0.38( Ｔwn−Ｔ∞）で算出された値で評価するよ
うにした。
各パラメータは以下の通りである。 Ｇｒ：グラスホフ数 Ｐｒ：プラントル数 cp ：空気の定圧比熱 μ ：空気の粘度 λ ：空気の熱伝導率 ν ：空気の動粘度 温度によって変動する空気の物性値cp，λ，μ，νは外
部雰囲気温度Ｔ∞と各伝熱面の温度Ｔwnとに基づいて、
Ｔwn−0.38( Ｔwn−Ｔ∞）で算出された値で評価するよ
うにした。
【００４２】また、伝熱面III の熱伝達係数αc3に対し
ては、垂直平板の自由対流の式(B-9) を用いる。 Ｎｕ1 ＝0.515 Ｒａ1 1/4 (B-9) 一方、各伝熱面I,II,IIIよりの熱放射による放熱量ｑrn
は次式で表される。
ては、垂直平板の自由対流の式(B-9) を用いる。 Ｎｕ1 ＝0.515 Ｒａ1 1/4 (B-9) 一方、各伝熱面I,II,IIIよりの熱放射による放熱量ｑrn
は次式で表される。
【００４３】 ｑrn＝εn σ〔（Ｔwn+273.15 ）4 −（Ｔ∞+273.15 ）4 〕 (B-10) 上記εn は各伝熱面I,II,IIIの熱放射率であり、例えば
伝熱面I では艶消し黒色塗装であるためε1 ＝０．９と
し、伝熱面II,IIIにおいてはアルマイト処理面のε2 ＝
ε3 ＝０．５６を用いる。尚、上記σはステファン−ボ
ルツマン定数である。
伝熱面I では艶消し黒色塗装であるためε1 ＝０．９と
し、伝熱面II,IIIにおいてはアルマイト処理面のε2 ＝
ε3 ＝０．５６を用いる。尚、上記σはステファン−ボ
ルツマン定数である。
【００４４】演算手段４１において、熱流センサＳ上面
に配置された温度センサＴS2の測定出力Ｔs2と温度セン
サＴSaの測定出力Ｔ∞（外部雰囲気の気温）とに基づい
て各伝熱面I,II,IIIに関する上式（B-2)〜(B-10)を数値
的に解くことにより各面からの放熱量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3
を求める。その際に、伝熱面I の表面温度Ｔw1には上記
温度センサＴS2の測定出力Ｔs2を与える。
に配置された温度センサＴS2の測定出力Ｔs2と温度セン
サＴSaの測定出力Ｔ∞（外部雰囲気の気温）とに基づい
て各伝熱面I,II,IIIに関する上式（B-2)〜(B-10)を数値
的に解くことにより各面からの放熱量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3
を求める。その際に、伝熱面I の表面温度Ｔw1には上記
温度センサＴS2の測定出力Ｔs2を与える。
【００４５】また、伝熱面IIの表面温度Ｔw2は熱収支の
式(B-1) を数値的に解く過程で下記数式(B-11)に基づき
算出する。尚、下記数式(B-11)において、Ｒalは半裁管
９０ａ，９０ｂを構成するアルミニウムの熱抵抗であ
り、該熱抵抗Ｒalはアルミニウムの熱伝導率λalと半裁
管９０ａ，９０ｂの厚さδalとによって下記数式(B-12)
によって求められる。
式(B-1) を数値的に解く過程で下記数式(B-11)に基づき
算出する。尚、下記数式(B-11)において、Ｒalは半裁管
９０ａ，９０ｂを構成するアルミニウムの熱抵抗であ
り、該熱抵抗Ｒalはアルミニウムの熱伝導率λalと半裁
管９０ａ，９０ｂの厚さδalとによって下記数式(B-12)
によって求められる。
【００４６】
【数４】
【００４７】さらに伝熱面III の表面温度は、下記数式
(B-13)のように上記温度センサＴS2の測定出力Ｔs2と伝
熱面IIの表面温度Ｔw2の出力の相加平均を採用する。 Ｔw3＝（Ｔs2＋Ｔw2）／Ａ2 (B-13) 上記計算において伝熱面IIの温度Ｔw2に仮定値を与えて
計算を実行し、式(B-11)で算出されるＴw2の値と比較を
行い、その差が１０-6以内となるまで繰り返し計算を行
う。収束した時点で伝熱面IIの表面温度Ｔw2、各伝熱面
I,II,IIIからの熱放散量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 が決まるの
で、それらの和と上記生成熱量Ｑ0 とを比較することに
より上記数値計算の妥当性を確認することができる。
(B-13)のように上記温度センサＴS2の測定出力Ｔs2と伝
熱面IIの表面温度Ｔw2の出力の相加平均を採用する。 Ｔw3＝（Ｔs2＋Ｔw2）／Ａ2 (B-13) 上記計算において伝熱面IIの温度Ｔw2に仮定値を与えて
計算を実行し、式(B-11)で算出されるＴw2の値と比較を
行い、その差が１０-6以内となるまで繰り返し計算を行
う。収束した時点で伝熱面IIの表面温度Ｔw2、各伝熱面
I,II,IIIからの熱放散量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 が決まるの
で、それらの和と上記生成熱量Ｑ0 とを比較することに
より上記数値計算の妥当性を確認することができる。
【００４８】上記全ての式の各パラメータは測定可能で
あり、例えば総生成熱量Ｑ0 は基準熱源制御手段３１か
らメインヒータ１１への供給電力Ｗに基づき、演算手段
４１において容易に算出されるとともに、上記温度セン
サＴS2及びＴSaの各出力であるＴs2及びＴ∞は演算手段
４１に入力され、各伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ1，
Ｑ2 ，Ｑ3 を算出することができる。
あり、例えば総生成熱量Ｑ0 は基準熱源制御手段３１か
らメインヒータ１１への供給電力Ｗに基づき、演算手段
４１において容易に算出されるとともに、上記温度セン
サＴS2及びＴSaの各出力であるＴs2及びＴ∞は演算手段
４１に入力され、各伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ1，
Ｑ2 ，Ｑ3 を算出することができる。
【００４９】図３及び図４は本発明に係る校正方法によ
って得られた熱流センサの感度特性図であり、図３、図
４相互で半裁管９０ａ．９０ｂ（アルミニウム製）の長
さＬ2 を共通とし、該半裁管９０ａ．９０ｂの外径Ｄ2
と内径Ｄ1 とを異ならせている。すなわち、図３に示す
例では、外径Ｄ2 ＝８０mm、内径Ｄ1 ＝４２mmであり、
図４に示す例では外径Ｄ2 ＝７０mm、内径Ｄ1 ＝２５．
４mmとしている。
って得られた熱流センサの感度特性図であり、図３、図
４相互で半裁管９０ａ．９０ｂ（アルミニウム製）の長
さＬ2 を共通とし、該半裁管９０ａ．９０ｂの外径Ｄ2
と内径Ｄ1 とを異ならせている。すなわち、図３に示す
例では、外径Ｄ2 ＝８０mm、内径Ｄ1 ＝４２mmであり、
図４に示す例では外径Ｄ2 ＝７０mm、内径Ｄ1 ＝２５．
４mmとしている。
【００５０】上記演算手段４１における演算によって各
伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 が算出さ
れ、これら放熱量と下記の数式(C-1) より、熱流センサ
Ｓを通過する熱流量ｑcal を算出することができる。
伝熱面I,II,IIIからの放熱量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 が算出さ
れ、これら放熱量と下記の数式(C-1) より、熱流センサ
Ｓを通過する熱流量ｑcal を算出することができる。
【００５１】 ｑcal ＝（Ｑ2 ＋Ｑ3 ）／( πD1・L2) (C-1) 図３，図４には、３つの相異なる供給電力で上記メイン
ヒータ１１を稼働したときの上記演算手段４１によって
算出された熱流センサＳの通過熱量ｑcal とこれに対応
する熱流センサＳの測定出力Ｅとをグラフ上に○印でプ
ロットした。該３ヶ所の○印に対して最小自乗法による
回帰直線Ｋ1 を描くと、熱流センサＳを通過する熱流量
ｑとこれに対応する熱流センサＳの測定出力Ｅとの間に
は下記Ｂ式の関係が成り立つことが確認できた。
ヒータ１１を稼働したときの上記演算手段４１によって
算出された熱流センサＳの通過熱量ｑcal とこれに対応
する熱流センサＳの測定出力Ｅとをグラフ上に○印でプ
ロットした。該３ヶ所の○印に対して最小自乗法による
回帰直線Ｋ1 を描くと、熱流センサＳを通過する熱流量
ｑとこれに対応する熱流センサＳの測定出力Ｅとの間に
は下記Ｂ式の関係が成り立つことが確認できた。
【００５２】ｑ＝３１１Ｅ （Ｂ） 尚、上記図３、図４中、●印は上記通過熱量ｑcal の信
頼性を確認するために、熱流センサＳ下面にも温度セン
サＴS1を取り付け（図２中破線で示す）、この温度セン
サＴS1の測定出力Ｔs1と上記温度センサＴS2の測定出力
Ｔs2とより熱流センサＳの上下の温度差と、熱流センサ
Ｓ自体の熱伝導率λs 及び厚さδs に基づいて算出され
る熱流量ｑdTを求め（但し、ｑdT＝λs(Ｔs1−Ｔs2）／
δs）、該熱流量ｑdTに対応する熱流センサＳの出力Ｅ
をプロットした。尚、図示の例では、δs ＝２mmであ
る。
頼性を確認するために、熱流センサＳ下面にも温度セン
サＴS1を取り付け（図２中破線で示す）、この温度セン
サＴS1の測定出力Ｔs1と上記温度センサＴS2の測定出力
Ｔs2とより熱流センサＳの上下の温度差と、熱流センサ
Ｓ自体の熱伝導率λs 及び厚さδs に基づいて算出され
る熱流量ｑdTを求め（但し、ｑdT＝λs(Ｔs1−Ｔs2）／
δs）、該熱流量ｑdTに対応する熱流センサＳの出力Ｅ
をプロットした。尚、図示の例では、δs ＝２mmであ
る。
【００５３】図３、図４からも確認できるとおり、上記
熱流量ｑdTによる●印も上記回帰直線Ｋ1 上に沿って分
布するところから、○印のプロットのように２つの温度
センサＴS2，ＴSaの測定出力Ｔs2, Ｔ∞だけに基づいて
算出された熱流量ｑcal によっても充分な信頼性を備え
る校正の基準としての回帰直線Ｋ1 が得られる。従っ
て、該回帰直線Ｋ1 に基づいて熱流センサを通過する熱
量ｑと測定出力Ｅとの関係式（Ｂ）を特定して校正を行
えばよいことがわかる。
熱流量ｑdTによる●印も上記回帰直線Ｋ1 上に沿って分
布するところから、○印のプロットのように２つの温度
センサＴS2，ＴSaの測定出力Ｔs2, Ｔ∞だけに基づいて
算出された熱流量ｑcal によっても充分な信頼性を備え
る校正の基準としての回帰直線Ｋ1 が得られる。従っ
て、該回帰直線Ｋ1 に基づいて熱流センサを通過する熱
量ｑと測定出力Ｅとの関係式（Ｂ）を特定して校正を行
えばよいことがわかる。
【００５４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば特に管体
を対象とする熱抵抗測定装置を、被測定管と同径の管状
基準熱源に熱流センサを近接配置させて校正を行うこと
により、該熱流センサに実測時と同じ曲げ応力及び圧力
が加わり、精度の高い校正がなされることになる。
を対象とする熱抵抗測定装置を、被測定管と同径の管状
基準熱源に熱流センサを近接配置させて校正を行うこと
により、該熱流センサに実測時と同じ曲げ応力及び圧力
が加わり、精度の高い校正がなされることになる。
【００５５】特に本発明において上記管状基準熱源の両
端面及び両端面近傍の側周面にそれぞれ熱量を供給し、
上記両端面及び側周面を断熱状態に保持することによ
り、上記校正の基準となる熱流センサの通過熱流量の算
出が正確となる。
端面及び両端面近傍の側周面にそれぞれ熱量を供給し、
上記両端面及び側周面を断熱状態に保持することによ
り、上記校正の基準となる熱流センサの通過熱流量の算
出が正確となる。
【図１】本発明に係る一実施例の機能ブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明に係る一実施例の主要部の構成図であ
る。
る。
【図３】本発明に係る一実施例によって求められた熱流
センサの感度特性図である。
センサの感度特性図である。
【図４】本発明に係る一実施例によって求められた熱流
センサの感度特性図である。
センサの感度特性図である。
【図５】本発明の適用対象となるセンサユニットの斜視
図である
図である
【図６】図５に示すセンサユニットに設けられた熱流セ
ンサの構成図である。
ンサの構成図である。
【図７】図５に示すセンサユニットの作用説明図であ
る。
る。
【図８】従来例の校正方法の概念図である。
１ 管状基準熱源 ３１ 基準熱量制御手段 ４１ 演算手段 ２１S 〜２４S 等温断熱用熱流センサ ２１P 〜２４P 補助熱源制御手段 ９２ 被測定管 Ｓ 熱流センサ ＴS2, ＴSa 温度センサ Ｔs2 温度センサＴS2の測定出力 Ｔ∞ 外部雰囲気温度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 英作 福岡市南区塩原２丁目１番47号 九州電力 株式会社総合研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 被測定管の側周面に近接配置し、該被測
定管と外部雰囲気との間で授受される熱流量を測定する
熱流センサの校正方法において、 上記熱流センサを、上記被測定管に等しい径の管状基準
熱源に実測時と同じ状態で近接配置し、上記管状基準熱
源を所定の生成熱量で稼働させ、このときの熱流センサ
を通過する熱流量を、上記生成熱量より算出し、該算出
結果に基づいて熱流センサの出力レベルの校正を行うよ
うにした熱流センサの校正方法。 - 【請求項２】 上記管状基準熱源の稼働時に熱流センサ
を通過する熱流量を、外部雰囲気温度と熱流センサの少
なくとも一面で測温された温度に基づいて算出するよう
にした請求項１に記載の熱流センサの校正方法。 - 【請求項３】 上記管状基準熱源の両端面及び両端面近
傍の側周面に、それぞれ熱量を供給し、上記両端面及び
側周面を断熱状態に保持するようにした請求項１に記載
の熱流センサの校正方法。 - 【請求項４】 被測定管の側周面に近接配置し、該被測
定管と外部雰囲気との間で授受される熱流量を測定する
熱流センサの校正装置において、 上記被測定管に等しい径で、熱流センサが実測時と同じ
状態で近接配置される管状基準熱源と、該管状基準熱源
の生成熱量を制御する基準熱量制御手段と、上記生成熱
量に基づいて熱流センサを通過する熱流量を算出すると
ともに、該算出された熱流量と熱流センサの測定出力と
の関係を記憶する演算手段とを備える熱流センサの校正
装置。 - 【請求項５】 上記熱流センサの少なくとも一面に温度
センサを配置するとともに、外部雰囲気温度を測定する
温度センサを配置し、該各温度センサの測定出力を演算
手段に入力するようにした請求項４に記載の熱流センサ
の校正装置。 - 【請求項６】 上記管状基準熱源の両端面及び両端面近
傍の側周面に、それぞれ熱量を供給する補助熱源と、該
補助熱源と管状基準熱源との間隔位置に配置された等温
断熱用熱流センサと、該等温断熱用熱流センサの出力レ
ベルが零となるように上記補助熱源における生成熱量を
制御する補助制御手段とを備える請求項４に記載の熱流
センサの校正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19433694A JP3311159B2 (ja) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | 熱流センサの校正方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19433694A JP3311159B2 (ja) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | 熱流センサの校正方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862163A true JPH0862163A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3311159B2 JP3311159B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=16322900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19433694A Expired - Fee Related JP3311159B2 (ja) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | 熱流センサの校正方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3311159B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10408690B2 (en) | 2015-05-11 | 2019-09-10 | Denso Corporation | Manufacturing method of heat flux sensor and heat flow generation device for use in the manufacturing method |
| CN111879817A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 江苏大学 | 一种基于帕尔贴效应测量表面对流传热系数的系统及方法 |
| CN111896081A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-06 | 中冶赛迪技术研究中心有限公司 | 插入式热流计的标定装置及标定方法 |
| CN114624283A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-06-14 | 珠海市运泰利自动化设备有限公司 | 基于tmp117的高精度热流参数测量设备的校准方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5536091B2 (ja) * | 1977-01-24 | 1980-09-18 | ||
| JPS5612837U (ja) * | 1979-07-09 | 1981-02-03 | ||
| JPH01312450A (ja) * | 1988-04-13 | 1989-12-18 | General Electric Co <Ge> | 部品の熱的性能測定方法および装置 |
| JPH063300A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-11 | Kyoto Electron Mfg Co Ltd | 管体の熱特性測定方法、センサーユニット及び装置 |
-
1994
- 1994-08-18 JP JP19433694A patent/JP3311159B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN111879817A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 江苏大学 | 一种基于帕尔贴效应测量表面对流传热系数的系统及方法 |
| CN111879817B (zh) * | 2020-07-31 | 2023-08-18 | 江苏大学 | 一种基于帕尔贴效应测量表面对流传热系数的系统及方法 |
| CN111896081A (zh) * | 2020-09-04 | 2020-11-06 | 中冶赛迪技术研究中心有限公司 | 插入式热流计的标定装置及标定方法 |
| CN114624283A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-06-14 | 珠海市运泰利自动化设备有限公司 | 基于tmp117的高精度热流参数测量设备的校准方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3311159B2 (ja) | 2002-08-05 |
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