Energy flow

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熱流センサとはOVERVIEW

熱流センサのイメージ

熱流センサとは、温度では捉えきれない熱の流れ(W/㎡)*を測定できるセンサです。温度変化は熱の移動・流れによって生じます。熱の移動・流れの度合いが熱流です。

*単位時間あたりに単位面積を通過する熱の量SI単位は（W/㎡）です

世の中の熱流量について（参考図）
熱流センサで何がわかる?

  • 熱の量がわかる

    熱の量の説明図

  • 熱の方向がわかる

    熱の方向の説明図
熱電対と熱流センサの違い

  • 熱電対

    計測点と計測端子の温度に比例した電圧が出力

    熱電対の説明図

  • 熱流センサ

    AとBの温度差に比例した電圧が出力 熱電対が直列接続⇒感度大

    熱流センサの説明図
熱電対と熱流センサの応答性比較

【評価結果】熱流センサが熱電対より感度が良く、早期に熱変化の信号検出可

  • 信号時間トレンド

    信号時間トレンドグラフ

  • 熱起電力

    熱起電力グラフ

  • SN比

    SN比グラフ

【評価方法】樹脂板に熱電対と熱流センサを横並びに設置し、同時に指で接触して応答性を評価

評価方法の図

【評価指標】
熱起電力mV 熱電対は入熱前からの変化量ΔE
S/N比 N=入熱前の信号ばらつき3σ

計測原理と熱流センサの構成

  • フーリエの法則

    熱流はセンサ上下の温度差に比例

    フーリエの法則図

  • ゼーベック効果

    材料に温度差を与えると電圧発生

    ゼーベック効果図

  • 熱流センサの構成

    熱電素子を直列配置して出力増幅

    熱流センサの構成図
熱流∝温度差∝起電圧
（P、N型半導体直列配置で感度増幅）
熱流センサの貼り付け及びデータ収集方法

  • センサの貼り付け方法

    センサの貼り付け方法図

    両面テープ、放熱グリス、熱伝導シート、等を用いて対象物との間に空気層が入らないように設置

  • データ収集方法

    データ収集方法図

    端子部をデータロガーに接続し、センサからのアナログ電圧を記録することでデータ収集可能（アンプや電源装置等不要）

熱流センサ校正方法・熱流束算出方法

  • 熱流センサ校正方法

    熱流計の校正は、JIS A 1412 に準拠した熱流計校正装置で行っています。以下にその手順を示します。
    1.低温側プレートと高温側プレート（ヒーター）との間に校正される熱流センサをセットする。
    2.高温側プレートから低温側プレートに一定の熱流束（Q）を与える。
    3.この時の出力電圧（E）を測定する。
    4.出力電圧（E）を熱流束（Q）で割ることで感度定数（k）を算出する。

    熱流センサ校正方法の図

  • 熱流束算出方法

    熱流センサに熱流が通過するとセンサに起電圧が発生しますので、その電圧を計測します。 出力電圧を感度定数で割ることで、熱流束（W/㎡）を算出します。

    熱流束；Q=E/k
    Q：熱流束（W/㎡）
    E：出力電圧（mV）
    k：感度定数（mV/(W/㎡)）

    熱流束算出方法の図
対流放熱と放射放熱の切り分け
  • 対流と放射の切り分け図1
  • 対流と放射の切り分け図2

センサ表面の放射率の違いにより放熱を対流成分と放射成分に切り分け可能

製品情報PRODUCTS

熱流センサ 「Energy flow」 の特長

  • 高感度のグラフ図
  • 高耐圧のイメージ図
  • フレキシブルのイメージ図
製品仕様
標準型センサ／熱電対内蔵型センサ／その他（四角、大判等）／対流放熱センサの図
  • 代表値
    感度 Sサイズ 0.01mV/(W/㎡)
    Mサイズ 0.04mV/(W/㎡)
    Lサイズ 0.08mV/(W/㎡)
    SSサイズ 0.003mV/(W/㎡)
    感度繰り返し性 ±2%（感度測定固定の繰り返し）
  • 代表値
    使用温度範囲 -40℃ 〜 +150℃
    最小曲率半径 30mm
    耐圧縮応力 4MPa
    防水性 IPX6、IPX7
    熱抵抗 0.0013㎡K/W

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活用事例・技術資料CASE STUDY

温感・涼感を定量化

目的

これまでは官能評価してきた自動車シートベンチレーション機能を定量評価する

結果

A・B２種類のクルマのシートベンチレーション機能比較評価において、官能評価と熱流束量の評価結果が合致。官能評価の定量化に成功

温感・涼感を定量化についての解説図
繊維製品の吸湿発熱性能が見える

目的

繊維製品の吸湿発熱性を定量評価する

結果

「綿」「吸湿発熱素材」２種類の素材比較試験において、繊維を通過する熱流束値は明確な差異があり、繊維製品の機能性評価における有効性が判明

繊維製品の吸湿発熱性能が見えるについての解説図
建物の貫通熱流を定量化

目的

低温環境試験室での断熱壁の貫通熱流を計測する

結果

断熱材有無による貫通熱流差の定量化に成功

建物の貫通熱流を定量化についての解説図
電源ICの放熱応答性評価

目的

熱電対(温度)と熱流センサ(熱流)の応答性の差を見える化

結果

IC電圧の遮断動作では、表面温度・表面熱流ともに素早く応答 一方、IC電圧の復帰動作では、表面熱流の方が表面温度より応答性が良かった

電源ICの放熱応答性評価についての解説図
電源ICの放熱性評価

目的

電源IC単体、ヒートシンク有、強制対流(冷却風)有、の場合の熱抵抗の定量化

結果

熱流センサの計測値と温度センサの計測値から、素子から空気までの熱抵抗の定量化に成功

電源ICの放熱性評価についての解説図
建物の窓の入放熱量計測

目的

建物窓からの入放熱の、素材ごとの影響を推定

結果

窓枠（アルミサッシ）よりも窓ガラスの方が入放熱量が多いことがわかった。暑熱対策の評価に適用可。​

建物の窓の入放熱量計測
トルクコンバータ
切断負荷の視える化

目的

機械加工時の加工摩擦熱の熱流波形を測定することで、加工点の状態監視(加工開始／終了、異常検知)への適用性を探る

結果

温度センサより早く切断終了を検知。加工点の状態監視に向けた熱計測に適用可

トルクコンバータ切断負荷の視える化
船舶エンジンの空気への
放熱量評価

目的

船舶エンジンの表面放熱量の評価

結果

・エンジン表面の部位、回転数ごとの放熱量の差異を定量化​
・周囲高温物(排気管)等からの輻射入熱についても影響を定量化

船舶エンジンの空気への放熱量評価
イメージ

よくあるご質問FAQ

〈取扱い方法〉

どのように設置すればいいでしょうか？またセンサ自体や接着部の熱抵抗の影響はありますか？
厚さ50μｍ程度の両面テープもしくは、片面テープで上から貼って下さい。厚さが50μｍ程度であれば、熱抵抗への影響はほとんどありません。
両面接着テープの推奨品はありますでしょうか？
伸縮性のあるテープ類は、センサが浮いてしまう可能性があるので、耐熱テープ等の伸縮が小さいテープ類を使用下さい。伸縮の少ないポリイミド系のテープなどを推奨しています。（※具体的なメーカや商品については販売店にお問い合わせ下さい）
繰り返し使用可能でしょうか？
基本的には消耗品とお考え下さい。
繰り返し使用の可否は、センサの固定方法や、取り扱いにより大きく異なります。柔軟性や耐圧性があるため、他社品よりもストレスに強いですが、センサを取り外す際は、ケーブル根元部に無理な力が掛からないように注意して下さい。

〈計測について〉

データロガーはどのようにすれば良いでしょうか？
熱流センサからは電圧が出力されますので、電圧を計測できるデータロガーをご用意ください。データロガーへの結線方法はセンサ取扱説明書に記載されておりますのでご参照下さい。
電源装置は必要でしょうか？
センサへ供給する電源は不要です。測定対象の熱流によってセンサ内部で熱起電力が発生し、センサから延びるケーブルの端子間電圧を測定する形になります。

〈その他〉

“1/1000℃の温度変化まで測定可能”について詳しく教えて下さい。
センサ表裏の温度差が0.001℃のとき、センサ型式「T-標準L」の場合の出力電圧は約60μV（熱流束は約0.7W/㎡）となり、計測器ロガーの最小分解能が10μVであれが測定が可能です。

お問い合わせCONTACT

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販売店情報DISTRIBUTOR

販売価格のお問い合わせ、ご購入希望につきましては、右記下記販売代理店までご連絡下さい。

社名
株式会社豊通テック
部署名
熱マネ製品部　熱マネ製品営業グループ
TEL
0565-53-3211
FAX
0565-53-1293
メールアドレス
tec1500@toyotsu-tec.jp