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熱係数測定装置及び熱係数測定方法

国内特許コード P130009966
整理番号 TDU-232
掲載日 2013年10月7日
出願番号 特願2013-148637
公開番号 特開2015-021789
出願日 平成25年7月17日(2013.7.17)
公開日 平成27年2月2日(2015.2.2)
発明者
  • 長澤 光晴
  • 稲垣 博之
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 熱係数測定装置及び熱係数測定方法
発明の概要 【課題】少ない労力で、高精度な測定が可能な熱係数測定装置および熱係数測定方法を提供する。
【解決手段】熱係数測定装置は、ヒーター110、制御部120、熱浴130、温度データ生成部140,150、算出部160、および伝熱部170を備えている。ヒーター110は試料20へ熱を加える。制御部120はヒーター110への入力を制御する。制御部120はヒーター110に一定の値である第1の電力と、第1の電力とは異なる一定の値である第2の電力とを交互に周期Tで入力する。熱浴130は伝熱部170によって、試料20と熱的に接続されている。熱浴130の熱容量は試料20の熱容量に比べて十分に大きく、熱浴130の温度は一定に保たれている。算出部160は、周期Tと、試料20と熱浴130との温度差の、周期Tについての振幅ΔTに基づいて、ヒーター110と試料20を含む試料系と、熱浴130との間の熱緩和時間τを算出し、熱緩和時間τから比熱cを算出する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



物質の比熱を算出する方法には複数あるが、本発明者がこれまでに開発した方法(特許文献1)として、三角波法と微分器法がある。





三角波法では、比熱は、以下のようにして測定される。まず、試料に取り付けられたヒーターから、熱浴と熱的に接続された試料に、周期Tの矩形波熱量を与え、試料と熱浴との温度差の変化を測定する。次いで、測定した温度差の時間変化を三角波に近似し、その三角波の振幅に基づいて比熱を算出する。





微分器法では、比熱は、以下のようにして測定される。三角波法と同様、まず、試料に取り付けられたヒーターから、熱浴と熱的に接続された試料に、周期Tの矩形波熱量を与え、試料と熱浴との温度差の変化を測定する。温度差に対応する電気信号を微分器によって微分信号に変換し、得られた微分信号に基づいて比熱を算出する。

産業上の利用分野



本発明は、熱係数測定装置及び熱係数測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
熱浴と、
前記熱浴と試料とを熱的に接続する伝熱部と、
前記試料に熱を加えるヒーターと、
前記ヒーターへの入力を制御する制御部と、
前記試料と前記熱浴との温度差の変化に基づいて前記試料の比熱を算出する算出部とを備え、
前記制御部は、前記ヒーターに、一定の値である第1の電力と、前記第1の電力とは異なる一定の値である第2の電力とを交互に周期Tで入力し、
前記算出部は、前記周期Tと、前記試料と前記熱浴との温度差の前記周期Tについての振幅ΔTに基づいて、前記ヒーターおよび前記試料を含む試料系と前記熱浴との間の熱緩和時間τを算出し、前記熱緩和時間τから前記試料の比熱を算出する熱係数測定装置。

【請求項2】
請求項1に記載の熱係数測定装置において、
前記算出部は、前記周期Tと前記熱緩和時間τと前記振幅ΔTとの関係を示す、下記式(1)の標準曲線に基づいて前記熱緩和時間τを算出し、前記熱緩和時間τから前記比熱を算出する熱係数測定装置。


ただし、ΔWは前記ヒーターで発生するジュール熱の振幅であり、Kは前記試料と前記熱浴との間の熱伝導度である。

【請求項3】
請求項2に記載の熱係数測定装置において、
前記制御部は、複数の前記周期Tで前記第1の電力と前記第2の電力を前記ヒーターに入力し、
前記算出部は、前記複数の前記周期Tと、前記複数の前記周期Tのそれぞれにおける前記振幅ΔTと、前記標準曲線とに基づいて前記熱緩和時間τを算出し、前記熱緩和時間τから前記比熱を算出し、
前記算出部は、前記式(1)を多次関数に近似した式を用いる熱係数測定装置。

【請求項4】
請求項2または3に記載の熱係数測定装置において、
前記制御部はT<10τの条件を満たす前記周期Tで前記第1の電力と前記第2の電力を交互に前記ヒーターに入力し、
前記算出部は、前記標準曲線と前記振幅ΔTと、前記周期Tと、前記周期Tに同一の周期における前記標準曲線上の振幅値に対する前記振幅ΔTの比率と、に基づいて前記熱緩和時間τと前記試料系の内部熱緩和時間τを算出する熱係数測定装置。

【請求項5】
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の熱係数測定装置において、
前記試料における前記ヒーターが取り付けられている面を第1面とし、前記第1面とは反対側の面を第2面とした時、
前記算出部は、前記ヒーターに入力された電力の位相と前記第2面の温度の位相との差と、前記周期Tとに基づいて前記試料系の内部熱緩和時間τを算出する熱係数測定装置。

【請求項6】
請求項5に記載の熱係数測定装置において、
前記算出部は前記試料系の内部熱緩和時間τに基づいて前記熱緩和時間τを補正する熱係数測定装置。

【請求項7】
請求項4乃至6のいずれか一項に記載の熱係数測定装置において、
前記算出部は、前記試料系の内部熱緩和時間τに基づいて前記試料の内部熱緩和時間を算出する熱係数測定装置。

【請求項8】
熱浴と、前記熱浴と試料とを熱的に接続する伝熱部と、前記試料に熱を加えるヒーターとを準備し、
前記ヒーターへ、一定の値である第1の電力と、前記第1の電力とは異なる一定の値である第2の電力とを交互に周期Tで加え、
前記試料と前記熱浴との温度差の前記周期Tについての振幅ΔTと、前記周期Tとから、前記ヒーターおよび前記試料を含む試料系と前記熱浴との間の熱緩和時間τを算出し、前記熱緩和時間τから前記試料の比熱を算出する熱係数測定方法。

【請求項9】
請求項8に記載の熱係数測定方法において、
前記周期Tと前記熱緩和時間τと前記振幅ΔTとの関係を示す、下記式(1)の標準曲線に基づいて前記熱緩和時間τを算出し、前記熱緩和時間τから前記比熱を算出する熱係数測定方法。


ただし、ΔWは前記ヒーターで発生するジュール熱の振幅であり、Kは前記試料と前記熱浴との間の熱伝導度である。

【請求項10】
請求項9に記載の熱係数測定方法において、
複数の前記周期Tで前記第1の電力と前記第2の電力を前記ヒーターへ入力し、
前記複数の前記周期Tと、前記複数の前記周期Tのそれぞれにおける前記振幅ΔTと、前記標準曲線とに基づいて前記熱緩和時間τを算出し、前記熱緩和時間τから前記比熱を算出し、
前記式(1)を多次関数に近似した式を用いて前記熱緩和時間τを算出する熱係数測定方法。

【請求項11】
請求項9または10に記載の熱係数測定方法において、
<10τの条件を満たす前記周期Tで前記第1の電力と前記第2の電力を交互に前記ヒーターへ入力し、
前記標準曲線と前記振幅ΔTと、前記周期Tと、前記周期Tに同一の周期における前記標準曲線上の振幅値に対する前記振幅ΔTの比率と、に基づいて前記熱緩和時間τと前記試料系の内部熱緩和時間τを算出する熱係数測定方法。

【請求項12】
請求項8乃至10のいずれか一項に記載の熱係数測定方法において、
前記試料における前記ヒーターが取り付けられている面を第1面とし、前記第1面とは反対側の面を第2面とした時、
前記ヒーターに入力された電力の位相と前記第2面の温度の位相との差と、前記周期Tとに基づいて前記試料系の内部熱緩和時間τを算出する熱係数測定方法。

【請求項13】
請求項12に記載の熱係数測定方法において、
前記試料系の内部熱緩和時間τに基づいて前記熱緩和時間τを補正する熱係数測定方法。

【請求項14】
請求項11乃至13のいずれか一項に記載の熱係数測定方法において、
前記試料系の内部熱緩和時間τに基づいて前記試料の内部熱緩和時間を算出する熱係数測定方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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