JPS63132149A

JPS63132149A - 細線もしくは細管の表面温度の測定方法

Info

Publication number: JPS63132149A
Application number: JP61278107A
Authority: JP
Inventors: Tomoshige Hori; 堀　友繁; Kensuke Ito; 健介伊藤
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1986-11-21
Filing date: 1986-11-21
Publication date: 1988-06-04
Also published as: JPH0377457B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は通電加熱法に用いられる細線もしくは細管の任
意の流体中におけるその表面温度を測定する方法に関す
るものである。

（従来技術）一般に、流体の熱伝導率（λ）や温度伝導率（ａ、）の
計測は工程管理上極めて重要である。

なぜならば、これらの値は流体の構造的変化（変性等の
分子構造の変化、気泡含有率の変化、含水率の変化）や
組成的変化（濃縮、希釈、特定成分の含有率変化）を直
接的に反映しているからである。

これらの物性値をはかる方法として、非定常細線加熱法
が知られている。

これは、長板雄次、長島昭による日本機械学金輪文集（
８編）４７巻４１７号、４１９号に掲載された液体の熱
伝導率の高精度測定に関する研究で述べられている。

すなわち、非定常細線加熱法とは、測定試料中に垂直に
張られた金属細線を通電加熱し、その結果生じる細線の
表面温度の継時的変化を測定することにより熱伝導率及
び温度伝導率を測定する方法である。

（発明が解決しようとする問題点）表面温度の測定についてみてみると、従来３つの方法が
ある。

その第１の方法は、細管等の表面に熱電対を固定しては
かる方法、第２の方法はスポット赤外線温度針等を用い
てはかる方法、第３の方法は細管内部に複数の熱電対を
固定して表面に向かっての温度外挿値を算出して表面温
度を推定する方法である。

ところが、第１の方法は、熱電対を固定することによっ
て熱電対自体を通して出入りする熱流が生じるこめ表面
温度を正確に計測できず、第２の方法は、スポット赤外
線温度計はある面積から発生する赤外線を集めて、その
強さを該面積で割って温度になおすため、又曲面の場合
、赤外線の反射率が小さいため、いずれも検出感度が下
がり適切に計測できず、第３の方法は、細管内部に熱電
対を固定するものであるが、熱電対の位置が正確に計測
できないため誤差がきわめて大きり、１０倍〜１００倍
以上の誤差も珍しくない。

さらに、以上１〜３の方法の応用は十分な径を有する細
管の場合であり、直径数龍以下の細線の場合は、何れの
方法も応用できない。

（問題点を解決するための手段）したがって本発明の技術的課題は、通電加熱法に用いら
れる細線もしくは細管の表面温度を正確に、かつ簡単に
計測できる手段を提供することを目的とするもので、こ
の技術的課題を解決する本発明の技術的手段は、細線も
しくは細管を静止流体中に垂直に固定し、次いで該細線
もしくは細管の内部に固定された金属線もしくは金属箔
等を通電加熱し、該金属線もしくは金属箔等と該静止流
体の温度差Δθｗを継時的に計測し、通電加熱開始から
の経過時間の自然対数値１ｎ　ｔに対して該温度差Δθ
ｗが直線的に増加する時点における該温度差Δθｗと該
対数値ｉｎ　　ｔの比率を求め、次いで該比率を該静止
流体の熱伝導率と比較する操作を２種類以上の異なる通
電加熱電流値で実施して、該細線もしくは細管の表面温
度と、該金属線もしくは金属箔等の温度の比にと、該温
度差Δθｗとの間の関係式に＝ｆ　　（６０ｗ）の関数
ｒの形を決定し、しかる後、該細線もしくは細管に固有
な該関係式を用いて任意の流体中における金属線、もし
くは金属箔等の通電加熱温度と任意流体の温度の差とか
ら任意の流体中における細線もしくは細管の表面温度を
測定することを特徴とする細線もしくは細管の表面温度
の測定方法である。

（発明の効果）この技術的手段によれば、細線もしくは細管の表面温度
を計測できるので流体の熱伝導率（λ）や温度伝導率（
ａ）の計測を工業的レベルで実現することができる。

（実施例）先ず、本発明方法を具体的に説明する。

以下（１）〜（７）の段階（ステップ）はその順序を示
す。

（１）細管等の内部発熱体を電流ｉ　　（Ａ）で加熱し
て発熱体の温度、を計測する。

ここで、■；発熱体両端の電圧（Ｖｏｌｔ）Ｒｏ：０℃
における発熱体の電気抵抗（Ω）α−；電気抵抗の温度
係数（１／”Ｃ）（２）　　前記第１段階における計測
と同時に、流体の温度θ００　（℃）を測温抵抗体等で
常法によって計測する。

（３）次に、発熱体の温度θ−と流体の温度θ■の差、
すなわちθｗ−θ閃−Δθ誓の値を継時的に計測して第
１図に示すような自然対数に変換した通電開始後の経過
時間（ｓｅｃ　）対温度差、すなわちｆｎｔＶｓΔθｗ
曲線を得る。

（４）第４段階では第１図の直線部分ＡＢの傾きを計算
する。

ココテ、Δθ圓＝（ΔθｗＡ＋ΔθｗＢ）／２・・・ま
た、ｄは微分記号である。

（５）以上の如く、通電加熱開始から経過時間の自然対
数値に対して温度差Δθｗが直線的に増加する時点にお
ける温度差Δθｗと自然対数値Ｉｎ　ｔの比率を求めた
後、該比率と静止流体の熱伝導率と比較する。

先に述べた非定常細線法の理論によれば、細線の単位長
さあたりの発熱量（ｑ）と細線の温度の時間的変化ｄΔ
θｓ／ｄβｎｔと熱伝導率（λ）との間には、次のよう
な関係式が成立するとしている。

λｒ−（ｑ／４π）／（ｄΔθ３／ｄ＃ｎｔ）・・・・
・・（３）そこで、θ讐＝θ■＋ΔθｗＲｏｉ’　　（１＋αｗ　　θ匈　）ｋ＝ΔθＳ　／Δθ８Ｌ；発熱体の長さくｍ） λｆ；θｆ−θ（３）＋にΔθｗ／２における流体の熱
伝導率（Ｗ／ｍ−Ｋ）（２）　　　　　θＳ　；表面温度 ΔθＳ−θＳ−θ■ とすれば、前記（３）式からかえられる。

そこで、（４）式において、θ讐の測定値に基づいて算
出した左辺の値と、θｆにおけるλの真値である右辺の
値が一致するようにに値を計算する。

（６）以上（１）〜（５）のステップ（段階）を異なる
電流値ｉについて実施し、Δθｗｖｓｋの曲線を第２図
のごとく得、ｋ＝ｆ（Δθ匈）なる関係式の関数ｆの形
を決定する。

ここでｋは１より少なくＯより大きい値である。

そして、関係式ｋ＝ｆ　（Δθｗ）は内部温度と表面温
度との関係を与える式であって、内部温度と外部温度が
実測できるので、これから表面温度を計測することがで
きるのである。

一般に、被膜のない単一素線からなるセンサー、すなわ
ち発熱体を有する細線と流体との間の温度勾配は第３図
の如くになる。

第３図中θ−は細線の直径方向で実測される平均温度で
、これと表面温度θＳとの間の温度差は無視できる程度
のものであるので、表面温度θＳを測らなくとも表面温
度は平均温度θ御を測ればわかる。

第４図は薄い被覆層のある単一素線からなるセンサーを
示すもので、被覆層が１０〜２０ミクロンのような薄い
膜であると、θ−とθＳとの間の温度差は上記の場合と
同様に無視できる。

ところが、以上のようなものは何十ミクロンというよう
な単位の細線であるので、現場では使用できない。そこ
で、第５図の如き細線が用いられている。

すなわち、例えばセラミックを芯体とし、これに発熱体
、例えば白金線を巻き、これに更に耐熱性樹脂とステン
レスバイブを順次に被覆したものを現場で使用するが、
この場合のθ讐とθＳとの間には非常に大きな温度差、
例えば（θＳ−θｏｏ）／（θ−−〇〇〇）＝　０．４〜０．
７・・・（５）が生じるので、発熱体の温度をもって表
面温度とすることができない。

本発明は、かかる細線を用いた場合に有効に表面温度が
検出できるものである。

第６．７図は実際の計測装置を示すもので、（１）は発
熱体であり、（２）は測温抵抗体であって、何れも真空
断熱容器（４）中の被測定流体（３）中に固定されてい
て、発熱体（１）に通電して発熱体の温度θ−を計測し
、同時に流体（３）の温度θ（３）を計測できる。

そして、θＷ−θ■＝Δθｗの値を継時的に計測できる
ものであり、任意の直流定電流値で計測できるものであ
る。

第７図中の（５）は電流源を、（６）は電圧計を、（マ
）はコンピューターを示すものであり、コンピューター
（７）と電圧針（６）及び電流源（５）とは通信線（８
）で結ぶ。

さて、以上のような方法の応用例として熱伝導率が既知
の流体中で前述の（１）〜（６）のステップを実施し、
センサーに固有な関係式に＝ｆ　　（ΔθＷ）の形が得
られれば、未知の流体の熱伝導率（λ）と温度伝導率（
ａ）を次式を用いて算出することができる。

前述した如く、非定常細線法の理論によれば、熱伝導率
（λ）は λｒ＝（ｑ／４π）／（ｄΔθＳ　／　ｄ　ｌｎ　　ｔ
）　−から求めることができ、また、温度伝導率（ａ）はから求めることができるとしているので、以上の式に実
測値Δθｗを代入した次式を用いて熱伝導率（λ）と温
度伝導率（ａ）を計測ここでγはオイラ一定数。

又、Δθ賀Ａ〈ΔθｗくΔθｗＢで、ｔはΔθｗに対応
する時間。Ｄは細線の直径（ｍ）をあられす。

次に実験例を述べれば次のようである。

（実験例）（６）　　く表面温度を算出するためのセンサーに固有
な関係式に＝ｆ　　（Δθｗ）の決定〉外径１．５鶴、
長さ１００ｆｉのセラミック棒の周囲に直径０．１ｆｌ
の白金線Ｒｏ＝　１９．４６４６Ω、α袈＝　３．９１
１２１ｘｌＯ’　１／”ｃを巻いたものを、外径２龍、
肉厚０．１ｍｍ、長さ２００鶴のステンレスバイブの中
心部に固定し、バイブ内面との間にエポキシ樹脂を充填
したセンサーを内径１００鶴、深さ２００ｎの円筒中の
蒸溜水（３３℃）に垂直に固定して、前述（１）〜（６
）のステップを通電加熱電流値０．１〜１、ＯＡにおい
て実施した結果、表面温度を算出するための具体的な関
係式、一〇、０／／りｋ　＝　０．９１３Δθｗ・・・・・・（１０）を得た
。

く関係式（１０）を用いたλ及びａ値の計測〉上記セン
サーを水分７０％、温度−０，９５℃の魚肉すり身中に
固定し、（８）式、（９）式を用いて物性値 λ−０，５６３Ｗ　／　ｍ−Ｋａ　＝　２．０９　Ｘ　１０’　Ｗ　／　ｒｙｒ−Ｋを
得た。一方、関係式（１０）式を用いてセンサーの表面
温度を算出せずに、加熱白金線の温度とセンサーの表面
温度が等しいと仮定して算出したλ値は、上記の正確な
値より約り０％小さな０．４５１Ｗ／ｍｌＫとなり、本
願方法による表面温度計測の重要性が実証された。

なお、上記各実験において、流体温度は外形１１ｍのス
テンレスバイブ中に固定した測温抵抗体（Ｒｏ　＝　１
００．０４１６Ω、αＷ　＝３．９４２０Ｘ１０’３１
／℃）を用いて測定した。

なお、本願方法の応用はλやａの値の計測に限定される
ものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は自然対数対温度差曲線図、第２図は表面温度と内部温度との比率と温度差との関係
を示す図、第３図は被覆のない単一素線からなるセンサーの温度勾
配図、第４図は薄い被覆のある単一素線からなるセンサーの温
度勾配図、第５図は多層で、かつ厚い被覆を有し、発熱体の形状が
任意のセンサーの温度勾配図、第６．７図は測定装置を
示す説明図である。（１）・・・・・発熱体（２）・・・・・測温抵抗体（３）・・・・・被測定流体（４）・・・・・真空断熱容器（５）・・・・・電流源（６）・・・・・電圧計（７）・・・・・コンピューター第７図く　　　　　　　く第５図手続主甫正書１発）１、事件の表示昭和６１年特許願第２７８１０７号２、発明の名称細線もしくは細管の表面温度の測定方法３、補正をする
者事件との関係　　特許出願人住所　札幌市東区苗穂町６丁目１番１号名称（６６９）
雪印乳業株式会社取締役社長　山　本　庸　− ４、代理人　〒１０２５、補正命令の日付　　自　発６、補正により増加する発明の数　　な　し７、補正の
対象　　図面の第６図８、補正の内容　　別紙の通り第６図

Claims

【特許請求の範囲】

細線もしくは細管を静止流体中に垂直に固定し、次いで
該細線もしくは細管の内部に固定された金属線もしくは
金属箔等を通電加熱し、該金属線もしくは金属箔等と該
静止流体の温度差Δθｗを継時的に計測し、通電加熱開
始からの経過時間の自然対数値ｌｎｔに対して該温度差
Δθｗが直線的に増加する時点における該温度差Δθｗ
と該対数値ｌｎｔの比率を求め、次いで該比率を該静止
流体の熱伝導率と比較する操作を２種類以上の異なる通
電加熱電流値で実施して、該細線もしくは細管の表面温
度と、該金属線もしくは金属箔等の温度の比ｋと、該温
度差Δθｗとの間の関係式ｋ＝ｆ（Δθｗ）の関数ｆの
形を決定し、しかるのち、該細線もしくは細管に固有な
該関係式を用いて任意の流体中における金属線もしくは
金属箔等の通電加熱温度と任意流体の温度の差とから任
意の流体中における細線もしくは細管の表面温度を測定
することを特徴とする細線もしくは細管の表面温度の測
定方法。