JPS5935783Y2 - 熱流センサ− - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は熱抵抗板の表・裏面の温度差から熱流密度を測
定する方式の熱流センサーのうち、熱抵抗板が熱電対材
料から成り、しかもその幻をなす熱電体材料板を前記熱
抵抗板の表裏面に電気的に接触させて差動熱電対を形成
し、前記熱抵抗板での温度差を即座に差動熱電列の出力
電圧としてとりだして熱流密度を測定する方式の熱流セ
ンサーに関するものである。

この種の熱流センサーは、差動熱電対自体が熱流センサ
ーを形成するため構造が簡単であり、しかも通常熱電対
材料が金増材料であるため機械的強度に優れる等の利点
を有する。

しかしながら、熱抵抗板が熱電対材料であるため熱伝導
性が良好であり、それ故該板での温度降下が極めて小と
なり、その出力電圧を検出するために極めて高感度の計
器を使用するか、捷たは１００万ｋ ｃａＶ７７Ｉｔ以
上というような極めて高い熱流密度を測定する目的にし
か使用できないという実用上の不便があった。

さらに熱電対材料が導電性を有するため、使用時に通常
その外側に電気絶縁材を被せる必要が生じるが、通常の
絶縁塗料は比較的低い温度１でしか耐えることができず
、また塗装むら等による厚さの不均一が生じる等の不都
合があり、電気絶縁に対する工夫の望１れるものであっ
た。

本考案はこの様な事情に鑑み、上記の不都合を解消して
実用性を一段と向上させた熱流センサーを提供するもの
で、熱抵抗板の熱抵抗を調整して所望の感度が得られる
ようにし、さらに金属の酸化皮膜を利用して電気的な絶
縁を施すようにしたものである。

以下、図面を参照しながら本考案について説明する。

第１図は熱電対材料が熱抵抗板を兼ねる薄型状の熱流セ
ンサーにより熱流密度を測定する状態を示す図である。

この図において熱電対材料板Ａは、たとえばコンスクン
タン板からなるものであり、その表裏面には電気的に接
触させて熱電対材料板Ｂ 、 Ｂ’を密着させである。

Ｂ、Ｂ’は同一材料からなる板であり、たとえば銅板を
用いる。

このようにすると銅−コンスタンタンー銅の差動熱電体
が形成され、高温壁面から矢印方向に放散する熱流密度
に応じて板Ａで温度降下を生じ、その温度差を即差動熱
電対の出力電圧として得ることができ、これを電圧計１
で指示す・ることかできる。

この場合リード線２，２は熱電対材料板Ｂ 、 Ｂ’と
同一の材料を用い、この例では銅となる。

上記の熱流センサーに釦いては、熱抵抗板Ａが金属板で
あるため板Ａの熱伝導性が極めて高く、通常温度降下が
極めて小さくなる。

したがってこの熱流センサーにおいては、電圧計１に印
加される電圧も極めて小さく、全稈高感度の電圧計を用
いるか、あるいは一般の電圧計を用いる場合に壁から放
散する熱流密度が極めて高い値である場合にしか実用に
供さない。

ここで本考案においては、第２図ａ −ｃに示すように
熱電対材料板Ａと同一の材料で、しかも１個地上の貫通
孔３，３・・・・・・を有する孔あき型熱電対材料板Ａ
′を別途用意し、熱電対材料板Ｂ、「間に熱電対材料板
Ａを介在させて熱流センサーを構成する。

この熱流センサーによれば、熱電対材料板Ａの見かげ上
の熱伝導性が孔３，３・・・・・・の存在によって悪く
なり、したがって熱抵抗板全体での温度降下を大きくす
ることができると共に電気的に接触している状態を得る
ことができ、大きい差動熱電列出力を得ることができる
。

第２図ａに示す熱流センサーは板Ａ、Ａ間の中央部に板
Ａを介在させたものである。

この熱流センサーの製造方法は、最近の熱圧接技術を応
用することによって板Ａと板Ｂ（Ｂ’）との密着薄板を
作り、この密着薄板２枚を互いに対向配置すると共にこ
れらの間に孔あき熱電対材料板Ａを介在させ、そしてそ
の端部をたとえば電子ビーム溶接して一体の熱流センサ
ーを得るようにしたものである。

この場合溶接は各板の周辺全体に亘って行っても、また
は部分的に行ってもよい。

このような１体構造の熱流センサーは、中央に介在させ
た熱抵抗板Ａの厚さあるいは孔３，３・・・・・・の密
度によって熱抵抗板ＡＡ−Ａでの温度降下を調節でき、
結局差動熱電対での出力を所望の１直にすることができ
る。

第２図すに示す熱流センサーは、熱抵抗板Ａを用いず孔
あき熱抵抗板Ａ′と板Ｂ（Ｂ’）とからなるもので、第
２図ａに示すセンサーと同様に端部を電子ビーム溶接等
の溶接法によって溶接したものである。

また第２図Ｃに示す熱流センサーは、同図ａに示すもの
と同ｙｂに示すものとの折中形である。

な釦これら第２図す、ｃに示す熱流センサーの機能は１
司図ａに示すものと同様である。

ここで孔あき熱電対材料板Ａは、たとえば第３図に示す
ように薄板に所望の大きさの孔径で、しかもその存在密
度をコントロールして孔３，３・・・を配置したもので
ある。

この隙孔３，３・・・・・・はランダムに配置してもよ
いし規則的に配置してもよい。

また孔３，３・・・・・・の加工はフォトエツチング技
術を利用することによって容易に形成することができ、
その他パンチング力ロ王、放電加工等の技術であっても
よい。

捷た、第２図ａ −Ｃの熱流センサーの外側（板Ｂ 、
Ｂ’の表面）は上記の状態に釦いて伺ら電気的絶縁処
理が施されていない。

しかしながら熱流センサーは、これを実用に供するとき
通常被測定面に貼着したり物体中に埋設する。

この場合電気絶縁がなされていないと差動熱電対で発生
した電圧が漏洩して正しい信号が得られなくなくなる惧
れがある。

この対策として、第４図ａに示すように、板Ｂの外側に
アルミニュームまたはアルミニューム合金を同時に熱圧
接してＡ−Ｂ−Ｃの三層圧着材を２枚を用意し、これを
同図すのような構造に形成する。

この構造に釦いて板Ａと板Ｂ１板Ｂと板Ｃ間はそれぞれ
金属組織的に密着してふ・す、したがって電気的にも導
通している。

また板Ａ −Ａ’Ａの間は第２図について説明した如く
端部（周辺部）が成子ビーム溶接等の溶接手段によって
電気的に接触している。

ここで、板Ｃのアルミニューム捷たはアルミニューム合
金は第４図ａまたはｂの状態で陽極酸化処理することに
よって一部捷たは全部をアルマイト化し、電気絶縁皮模
を設けることができる。

このようにして、第２図ａ −Ｃに示す熱流センサーの
板Ｂ 、 Ｂ’の外側表面にアルマイト絶縁膜を形成す
ることができ、端部（周辺部）を除いて絶縁膜を形成す
ることができる。

端部（周辺部）については、直接被測定面に接する面で
はないためそれ種電気絶縁に気を配ることはない。

しかし、物体・内に埋設する場合は電気絶縁する必要が
生じ、耐熱性の接着剤（無機質）等を周辺に塗布するこ
とによって絶縁を施す。

この周辺部は、測定時にセンサーの重要な場所ではなく
、絶縁がなされていれば良いもので、厚さむらなどの心
配をする必要はない。

これに列して板Ｂ 、 Ｂ’の表面は被測定物に直接接
する而であり、その平滑度を極めて要求するところとな
っている。

これに列してアルミ酸化皮膜は極めて優れた均一性があ
り、この目的に合致する。

次に、上記の熱流センサーのうち第４図すに示す構造の
熱流センサーを具体的に製作して実験を行った結果につ
いて述べる。

第５図は実験に用いた熱流センサーの構成を示す図であ
る。

ここで、Ａはコンスタンタン板（２ｓｍｍ（幅）×６１
１ＬｒＩＬ（長さ）ｘ□、５ｍｍ（厚さ）〕、Ｂは銅板
（２５ｍｉＸ６關Ｘ Ｑ、５ ｍｍ ）、Ｃはアルミニ
ューム板（２，５順×６ｍ１１Ｌｘ０．２１ｎ０、には
コンスタンタン板（２，５１ｎ１１ＬＸ６１１ＥＸ０．
１１？＋１）にフォトエツチングによって第６図に示す
如く孔３，３・・・・・・をあげたものである。

″またハウジング４は銅合金からなるもので、リード線
２，２を固定し、散水された場合にも内部の熱流センサ
ーが腐蝕しないように用いた。

捷たノ・ウジングと熱流センサーとの間隙には熱伝導性
の良好な接着剤５を充填した。

このセンサーを、散水面に貼着して検定したところ、感
度は熱流密度１０．０００ ｋｃａｌ／−に対して出力
電圧が約５０Ｐであり、通常のμＶメーターあるいは市
販のペン書き記録計を用いれば充分読み取れる出力であ
る。

ことがわかった。

ちなみに、孔あき熱抵抗板Ａを用いないときの推定感度
は、熱？Ｑｃ密度１０．０００ｋｃａｌ／ｍ”ｈに対し
て出力電圧が０．５μＶと見込１れ、この程度の出力電
圧であると通常の計器を用いての計測は極めて困難とな
る。

地上の説明から明らかなように、本考案による熱流セン
サーによれば、必要とされる感度を熱電対材料板からな
る孔あき板を利用して制御することができると共に、そ
の表面をアルマイト化した場合に良好な電気絶縁性が得
られる等の実用上優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来知られている構造の熱流センサーにより熱
流密度を測定する状態を示す図、第２図ａ、ｂ、ｃはい
ずれも本考案による熱流センサーの概略構成を示す断面
図、第３図は同熱流センサーに用いられる熱電対材料板
（熱抵抗板）Ａ′の斜視図、第４図ａは本考案による熱
流センサーを実用的なものとして製作する場合に用いる
部材の構成を示す断面図、第４図すは第４図ａに示す部
材を用いて製作された本考案による熱流センサーの概略
構成を示す断面図、第５図は本考案による熱流センサー
の具体的構成例を示す断面図、第６図は第５図に示す熱
流センサーに用いられる熱電対材料板Ａ′に形成された
孔の配置状態を示す図である。 Ａ、Ａ、Ｂ・・・熱電対材料板、Ｃ・・・アルミニュー
ムまたはアルミニューム合金等からなる金属板（陽極酸
化処理を可能とする金属板）、３・・・孔。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） 熱抵抗板を兼ねる第１の熟慮Ｘ」材料板の表
   裏面に第２、第３０熱電苅材料板を前記第１ Ｊ）熱電
   対材料板と電気的に接触させて薄板状の差動熱電列を形
   成し、前記第１の熱電対材料板の表裏面間の温度差を前
   記動熱電対の出力電圧として取り出して熱流密度を測定
   する方式の熱流センサーにおいて、前記第１の熱電対材
   料板または前記第２第３０熱電対材料板間に介在させた
   前記第１の熱を幻材料板と同一材料からなる第４０熱電
   対材料板に１何重たは複数個の孔を形成したことを特徴
   とする熱流センサー。
2. （２）前記第２、第３０熱電苅材料板の外側の各面に、
   表面に陽極酸化による電気絶縁性の酸化皮膜を有する金
   属板をそれぞれ接合してなる実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の熱流センサー