熱と熱伝導の測定
多くの工学研究では、熱輸送の測定が行われます。熱輸送および熱伝導の測定は、いくつかの目的で使用されます。
- 何が起こっているのか、その物理現象や主な輸送メカニズムを理解する。
- 放射性、対流性、伝導性の熱輸送機構を区別する。
- システムのエネルギーバランス（入力-出力）の分析
- 材料の特性を導き出す
- 化学反応や相転移など、物質の状態変化を検出する。
- 流れ場の変化、層流から乱流への遷移の検出
- 凝縮や沸騰などのプロセスにおける熱吸収や熱放出の測定
- 化学反応におけるエネルギー生成の分析
様々なアプローチがあります。
比較測定：ある測定値を基準として、それと類似しているがわずかに異なる条件下での測定値を比較する。
絶対値：[W]または[W/m²]単位で絶対値を設定する方法。
測定対象
熱伝導の実験の出発点は、熱フラックスの測定です。熱流センサーは、熱伝導を測定します。具体的には、表面上または表面を通過するエネルギー流束を[W/m²]の単位で測定します。実際には、この表面はセンサーそのものです。熱流の発生源は以下の通りです。
伝導 – 静的で流動性のない物質中を流れる熱。
輻射 – 熱が可視光線または赤外線によって伝達される。
対流 – 流れる液体や気体によって運ばれる熱
熱の移動は、温度差によって引き起こされる。熱は常に供給源から吸熱源へ、つまり高温の環境から低温の環境へ流れます。
固体物体の表面では、多くの場合、熱フラックスの発生源は放射と伝導の混合物です。
この熱を熱流センサーに流すことで、対流熱フラックスと伝導熱フラックスを測定することができる。熱流センサーは、固体物体の表面に取り付けられるか、物体の中に埋め込まれるかのいずれかである。対流熱フラックスの測定では、センサーは通常、固体物体の表面に設置され、対流にさらされる。センサー表面で、対流熱フラックスは伝導性熱フラックスに変換されます。
放射フラックスは、（黒い）放射吸収体で覆われた熱フラックスセンサーを用いて測定されます。このセンサーは通常、導電性の高い固体ヒートシンクに取り付けられています。吸収体は放射エネルギーを伝導エネルギーに変換する。しかし、このセンサーは対流熱流にも感度があります。
金箔やアルミ箔のような放射反射板でセンサーを覆うことで、対流熱フラックスのみを測定することができます。
熱伝導を分析するための古典的なセンサーの組み合わせは以下の通りです。
- ヒートシンク
- 黒色コーティングされた熱流センサー
- 金でコーティングされた熱流センサー
- ヒートシンクの温度測定
- 空気の温度測定
場合によっては、電気的な置換によって熱を測定することができます。被測定物から発生する熱を、一時的に電気的に発生する熱で置き換えます。これにより、システムの校正が行われます。このようなシステムには、通常以下のものが含まれます。
- ヒートシンク
- 熱流センサー
- 抵抗器
- 試験体
熱伝導は温度差によって引き起こされます。ハクセフラックスは広い温度範囲にわたって非常に高い精度で温度差を測定することができます。正確な温度差の測定は、優れた熱伝導の実験に必要不可欠です。
仕様
ハクセフラックスが製造する熱流センサーは、様々なアプリケーションの要求に応えられるよう最適化されています。
- 定格温度範囲：-150～+900℃の範囲で使用できるセンサーを製造しています。
- センサーに取り付ける吸収体・反射体の提案
- 定格熱流束：0.01～200,000W/m²。
- 感度 / 出力信号
- 応答時間
- 耐薬品性、安全性：爆発の危険性のある環境用センサーを含む
- サイズ、形状、スペクトル特性
- オプションで現場での性能確認や自己校正が可能
ハクセフラックスでは、熱伝導の測定をサポートする温度センサーも提供しています。
熱電対のペア、0.1℃以下の温度差測定精度
センサーの選定
センサーの選定や実験設計のお手伝いをいたします。準備のために、以下をお読みください。
- 熱流を測定する際の一般的な注意事項や、様々なセンサーモデルとその最も一般的なアプリケーションを紹介しています。
典型的なチェックリストです。
- アプリケーションは何か、何を測定しなければならないか
- 測定可能な温度範囲
- 対流式、放射式、伝導式など、どのような輸送メカニズムを想定しているか、また、それらを個別に測定する必要があるか。
- サイズや形状に対する要求事項
- 精度の要件は何か
- センサーの取り付け方法
- 定格温度範囲は何度ですか(°C)
- 予想される温度差は何度か
- すべての輸送メカニズムにおける定格熱フラックス範囲（単位：W/m²）は？
- どのようなデータ収集システムをお持ちですか？mVレンジでの測定が可能ですか？
- 他に測定する必要があるものは何か。通常、1つの測定システムですべての測定を行うのがベストです。
- 応答時間、スペクトル特性など、特別な要件はあるか。
私たちが貢献すること
フクセフラックス社は、1993年に熱フラックスや熱伝導を測定するためのセンサーの製造を開始しました。これまで多くの研究にセンサーを設計、供給してきました。石炭焚きボイラー、流動床、太陽集光器、オフショアフレアーシステム、高炉など様々な環境下での実績があります。当社は、産業用熱フラックス・熱伝達の測定におけるマーケットリーダーです。
メリット
ハクセフラックスは熱流束計測の世界的なマーケットリーダーです。私たちは以下を提供します。
- お客様のアプリケーションに最適な熱流束・温度差センサーの選定をサポートします。
- サポート – センサーと計測システムの最適化、およびシステム全体の最適化
- ワールドワイドなサポート – 主要な経済圏のスペシャリストが対応します。
- トレーサビリティ – 国際標準に準拠した正式な計量トレーサビリティ。
詳細については各センサーのページをご覧ください：