第1章 温度計測(その1) : 接触法 |
第1節 接触式温度計の特徴(種類・使用温度範囲・精度) (板谷 義紀) |
1. 温度目盛と各種温度センサの分類 3 |
1.1 国際温度目盛 3 |
1.2 温度センサの分類と各種温度センサの実用温度範囲 5 |
1.3 温度センサの必要要件 5 |
(1) 感度 5 |
(2) 分解能 5 |
(3) 許容差 5 |
(4) SN比 8 |
(5) 応答性 8 |
(6) 直線性 8 |
(7) 有効測定範囲 8 |
(8) 安定性,再現性,ドリフト、経年変化 8 |
(9) 互換性,量産性 9 |
(10) インターフェイス 9 |
第2節 熱電対 |
1. 測定原理と特徴 (板谷 義紀) 10 |
2. JIS規格熱電対の種類と特徴 (板谷 義紀) 11 |
(1) R,S熱電対 12 |
(2) K熱電対 15 |
(3) E,J,T熱電対 15 |
3. 特殊熱電対の種類と特徴 (斎藤 純) 16 |
4. 被覆熱電対の構造と特徴(保護管付き・シース) (斎藤 純) 17 |
5. 補償導線、基準接点およびリニアライザ (斎藤 純) 20 |
第3節 抵抗式温度計 |
1. 測定原理と特徴 (板谷 義紀) 22 |
1.1 金属の電気抵抗の温度変化 22 |
1.2 半導体の電気抵抗の温度変化 23 |
1.3 測温抵抗体の要件 24 |
2. 白金抵抗式温度計 (斎藤 純) 24 |
3. サーミスタ温度計 (斎藤 純) 25 |
4. 使用上の注意 (斎藤 純) 26 |
第4節 その他の温度計( 機械式温度計、水晶、NQR、磁性、 光ファイバ) (板谷 義紀) |
1. 機械式温度計 27 |
1.1 充満式温度計 27 |
1.2 バイメタル式温度計 27 |
2. 光ファイバ温度計 30 |
3. 感温物質による温度計測 31 |
3.1 示温塗料 31 |
3.2 感温液晶 32 |
4. 特殊温度計 33 |
4.1 水晶温度計 33 |
4.2 NQR 34 |
5. ゼーゲルコーン 34 |
第5節 計測誤差と温度補正法 (板谷 義紀) |
1. 輻射誤差 37 |
2. 熱伝導誤差 38 |
3. 応答遅れ誤差 39 |
4. 空力的誤差 40 |
5. 燃焼ガス温度測定 40 |
6. 表面・内部温度測定 42 |
7. その他の誤差 42 |
第2章 温度計測(その2) : 非接触法 |
第1節 非接触式温度計の特徴 (義家 亮) 47 |
第2節 熱放射を利用した温度計測 (義家 亮) |
1. 測定原理と特徴 48 |
2. 赤外線検出器の分類 49 |
3. 単色温度計 50 |
4. 全放射温度計(放射温度計) 51 |
5. 二色放射温度計 51 |
6. 赤外線サーモグラフィ 52 |
7. 使用上の注意 52 |
第3節 分光を利用した温度計測 (義家 亮) |
1. スペクトル線反転法 53 |
2. 発光法 53 |
3. ラマン散乱による温度測 54 |
第4節 特殊な計測法 (義家 亮) 56 |
第3章 熱流および熱伝達係数の測定 |
第1節 熱流の測定 (小林 敬幸) |
1. 間接法による熱流測定 63 |
1.1 物体内温度分布からの熱流計測 63 |
1.2 熱収支(ヒートバランス)からの熱流計測 65 |
2. センサによる熱流の直接測定 66 |
2.1 接触式熱流センサ(伝導熱流センサ) 66 |
2.1.1 薄板型(ウェハ型) 68 |
2.1.2 薄膜型(フォイルまたはフィルム型) 78 |
2.1.3 蒸着膜型 86 |
2.1.4 測温接点平面配列型 88 |
2.1.5 測温抵抗体型 91 |
2.2 輻射熱流センサ 95 |
2.2.1 高負荷型 95 |
2.2.2 低負荷型 107 |
2.3 対流熱流センサ 111 |
2.4 その他の特殊熱流センサ 113 |
3. 熱流センサの校正法 114 |
4. 市販熱流センサの比較と主な用途 115 |
4.1 市販熱流センサの性能比較 115 |
4.2 熱流センサの用途 117 |
第2節 熱伝達係数の測定 (小林 敬幸) |
1. アナロジ則に基づく測定 119 |
1.1 熱伝達と物質伝達のアナロジ則 119 |
1.2 アナロジ則の成立条件 120 |
1.3 各種の測定法 121 |
(1) ナフタリン昇華法 121 |
(2) 恒率乾燥速度法 123 |
(3) その他の方法 124 |
2. 化学反応を利用した測定 124 |
2.1 電極反応による測定 124 |
2.2 電気化学発光による測定 126 |
第4章 熱量の測定 |
第1節 熱量計測の基礎 (窪田 光宏) 131 |
第2節 熱容量の測定 (窪田 光宏) |
1. 断熱型熱量計による熱容量測定 134 |
1.1 低温用断熱型熱量計 135 |
1.2 中高温用断熱型熱量計 136 |
2. 非定常法による固体の熱容量測定 137 |
2.1 レーザフラッシュ法 137 |
(1) ハーフタイム法 138 |
(2) 対数法 139 |
2.2 ACカロリメトリー 139 |
3. 温度ジャンプカロリメトリー 141 |
3.1 水熱量計による方法 141 |
3.2 氷熱量計 143 |
第3節 発熱量の測定 (窪田 光宏) |
1. 高位発熱量と低位発熱量 144 |
2. 固体燃料および液体燃料の発熱量測定 144 |
2.1 等温壁型熱量計 144 |
2.2 熱研式B型断熱熱量計 145 |
3. 気体の発熱量測定 146 |
第4節 示差熱分析および示差走査熱量測定 (窪田 光宏) |
1. 示差熱分析 149 |
2. 示差走査熱量測定 151 |
第5章 熱伝導度の測定 |
第1節 熱伝導度の定義 (汲田 幹夫) |
1. 熱伝導法則 157 |
2. 熱伝導度と熱拡散率 157 |
第2節 熱伝導度の測定法および装置 (汲田 幹夫) |
1. 固体の熱伝導度測定法 160 |
1.1 定常法 160 |
1.1.1 原理 160 |
1.1.2 平板直接法(平板絶対法、保護熱板法) 160 |
1.1.3 熱流計法 162 |
(a) 試験体1枚・熱流計2枚構成 162 |
(b) 試験体2枚構成 162 |
1.1.4 水熱流計を用いる測定法 163 |
1.1.5 平板比較法 165 |
1.2 非定常細線加熱法 165 |
1.2.1 原理 166 |
1.2.2 測定装置および方法 166 |
1.2.3 非定常細線加熱法における端効果 167 |
1.3 パルス加熱法 168 |
1.3.1 原理 168 |
1.3.2 JIS C 2141 に基づく測定法 169 |
1.3.3 パルス加熱法における測定誤差 170 |
1.4 ステップ加熱法 171 |
1.4.1 原理 171 |
1.4.2 測定装置および方法 173 |
1.5 周期加熱法 173 |
1.5.1 原理 174 |
Ⅰ. 平板試料 174 |
Ⅱ. 円柱状試料 174 |
1.5.2 測定装置および方法 175 |
1.6 任意加熱法(ラプラス変換法) 176 |
1.6.1 原理 176 |
1.6.2 測定装置および方法 178 |
1.7 通電直接加熱法(Kohlrausch法) 179 |
1.7.1 原理 179 |
1.7.2 測定装置および方法 179 |
1.8 その他の方法 180 |
1.8.1 ペルチェ効果を利用する方法 180 |
Ⅰ. 原理 180 |
Ⅱ. 測定装置および方法 182 |
1.8.2 DTAを利用する方法 183 |
Ⅰ. 原理 184 |
Ⅱ. 測定装置および方法 184 |
2. 流体の熱伝導度測定法 185 |
2.1 定常法 186 |
2.1.1 平行平板法 186 |
2.1.2 同心円筒法 187 |
2.2 非定常細線法 189 |
2.2.1 原理 189 |
2.2.2 絶縁物質の熱伝導度測定装置および方法 190 |
2.2.3 導電性物質の測定装置および方法 191 |
2.3 ステップ加熱法 192 |
2.3.1 原理 192 |
2.3.2 測定装置および方法 192 |
2.4 その他の方法 194 |
2.4.1 強制レイリー散乱法 194 |
2.4.2 衝撃波法 195 |
第3節 代表的な物質の熱伝導度 (汲田 幹夫) |
1. 固体の熱伝導度 198 |
2. 気体の熱伝導度 199 |
3. 液体の熱伝導度 203 |
第6章 熱放射物性の測定 |
第1節 熱放射物性と基本的な熱放射理論 (板谷 義紀) |
1. 物体の吸収、反射、透過 211 |
2. 放射熱平衡理論 211 |
3. 黒体放射理論 212 |
4. 面放射体の射出率(放射率) 215 |
4.1 単色指向射出率 215 |
4.2 単色半球射出率 217 |
4.3 全指向射出率 217 |
4.4 全射出率 217 |
4.5 一様性と灰色体 218 |
5. 面放射体の吸収率 218 |
5.1 単色指向吸収率 218 |
5.2 単色半球吸収率 219 |
5.3 全指向吸収率 220 |
5.4 全吸収率 220 |
6. 面放射体の反射率 220 |
6.1 単色2指向反射率 220 |
6.2 単色指向半球反射率 221 |
6.3 単色半球指向反射率 221 |
6.4 単色半球反射率 222 |
6.5 全反射率 222 |
6.6 一様反射と鏡面反射 223 |
6.7 射出率、吸収率、反射率の相互関係 224 |
7. 黒体面間の放射伝熱 224 |
8. 灰色体面間の放射伝熱 227 |
8.1 二面間の放射伝熱 227 |
8.2 射度・照度 228 |
9. 透過・吸収・射出物体の基礎 229 |
10. 透過・吸収・散乱・射出物体の輸送方程式 231 |
11. 各種放射特性値 232 |
第2節 面放射体の熱放射物性の測定 (板谷 義紀) |
1. 測定装置 236 |
1.1 光源 236 |
1.2 検出器 237 |
1.3 光学材料 237 |
1.4 分光器 241 |
2. 射出率および反射率の測定法と特徴 241 |
3. 反射法による計測 242 |
3.1 空洞加熱炉法 243 |
3.2 積分球法 245 |
3.3 積分鏡法 246 |
3.4 多重鏡面反射法 248 |
3.5 角度反射法 248 |
4. 射出法による計測 250 |
5. 熱量法による測定 250 |
5.1 定常法 250 |
5.2 非定常法 251 |
6. 輝度温度による測定 252 |
7. 電磁理論による平滑面の射出率・反射率 252 |
7.1 Fresnelの法則 252 |
7.2 誘電体の反射率・射出率 254 |
7.3 導電体の反射率・射出率 255 |
第3節 透過・吸収・散乱・射出物体の熱放射物性の測定 (板谷 義紀) |
1. 多重反射する物体の反射率と吸収率 258 |
1.1 垂直反射率と垂直射出率 258 |
1.2 指向反射率と指向射出率 259 |
2. 気体の熱放射物性 260 |
2.1 透過率・吸収率・射出率 260 |
2.2 Hottel線図 262 |
2.3 気体射出率のバンド吸収モデル 264 |
2.4 Narrow band(狭域バンド)モデル 266 |
2.5 Wide band(広域バンド)モデル 267 |
3. 気体の熱放射物性の測定 270 |
4. 固体・液体の熱放射物性の測定 271 |
5. 粒子群・多孔体の熱放射物性の測定 274 |
第4節 屈折率の測定 (板谷 義紀) |
1. 屈折率の基礎 278 |
2. 測定法 278 |
2.1 フラウンホーファー法 278 |
2.2 コールラウシュ法 279 |
2.3 プュルフリッヒ法 279 |
2.4 アッベ屈折計 279 |
2.5 ブルースター角法 280 |
2.6 干渉計による方法 280 |
第5節 複素屈折率の測定 (板谷 義紀) |
1. 均質体の複素屈折率 282 |
1.1 反射率による方法 282 |
1.2 反射率と透過率による方法 282 |
2. 粉粒体の複素屈折率 283 |
2.1 粒子群の反射による方法 283 |
2.2 粒子群の透過による方法 285 |
3. Kramers-Kronig(K-K)相関 286 |
3.1 透過率計測法 286 |
3.2 反射率計測法 287 |
第7章 伝熱に関連する諸計測法 |
第1節 密度の測定 (渡邉 智秀) |
1. 密度の定義 293 |
2. 気体および液体の密度 293 |
3. 気体の密度の測定法 295 |
(1) 比重瓶法(Dumas法) 295 |
(2) ガス流出法 297 |
(3) 連通管による方法 299 |
(4) ガス天秤法 299 |
4. 液体の密度の測定法 300 |
(1) 浮ひょう法 300 |
(2) 比重瓶法 301 |
(3) 天秤法 304 |
(4) 振動式密度計法 305 |
(5) 放射線式密度計法 306 |
5. 蒸気の密度の測定法 306 |
(1) Mayer法 306 |
(2) Gay-Lussac-Hoffmann法 307 |
(3) 池田法 308 |
6. 固体の密度の測定法 308 |
(1) 天秤法 308 |
(2) 比重瓶法 309 |
(3) 密度勾配管法 310 |
(4) ガス置換法 311 |
(5) 空気比較式比重計 312 |
7. 多孔質固体の密度の測定 313 |
(1) 水銀置換法 313 |
(2) 空気比較法 314 |
第2節 熱膨張率 (小林 敬幸) |
1. 膨張計による方法 316 |
(1) 光波干渉式熱膨張計 316 |
(2) 示差膨張計 316 |
(3) 直読式膨張計 317 |
2. 高温X線回折による方法 318 |
第3節 粘度の測定 (窪田 光宏) |
1. 粘度・動粘度 319 |
1.1 粘度・動粘度の定義 319 |
1.2 粘度と温度・圧力の関係 320 |
1.2.1 気体粘度の温度依存性 320 |
1.2.2 液体粘度の温度・圧力依存性 321 |
2. 流動曲線 321 |
2.1 ニュートン流体と非ニュートン流体 321 |
(1) 指数則流体 322 |
①擬塑性流体 322 |
②ダイラタント流体 322 |
(2) 塑性流体 323 |
①ビンガム流体 323 |
②非ビンガム流体 323 |
(3) その他 323 |
①チクソトロピック流体 323 |
②レオペエチック(逆チクソトロピック流体)流体 323 |
3. 粘度計の分類 323 |
3.1 毛細管(キャピラリー)粘度計 324 |
3.1.1 ガラス製毛細管粘度計 324 |
(1) 測定原理 325 |
(2) 測定上の注意 325 |
3.1.2 細管式粘度計 326 |
3.2 落球粘度計 327 |
(1) 測定原理 327 |
(2) 測定上の注意 327 |
3.3 回転粘度計 328 |
3.3.1 共軸二重円筒形回転粘度計 328 |
(1) 測定原理 329 |
(2) 測定上の注意 329 |
3.3.2 円錐-平板形回転粘度計 330 |
(1) 測定原理 330 |
3.4 振動式粘度計 331 |
(1) 測定原理 331 |
第4節 拡散係数の測定 (小林 潤) |
1. 拡散係数の定義 333 |
2. 気相の拡散係数 334 |
2.1 非定常法 334 |
2.1.1 Loschmidt 法 334 |
(1) 測定原理 334 |
(2) Loschmidtの測定装置 336 |
(3) Boydらの測定装置 337 |
(4) Berryらの測定装置 338 |
2.1.2 Taylor分散法 340 |
(1) 測定原理 340 |
(2) 測定装置 341 |
2.2 定常法(Stefan法) 342 |
(1) 測定原理 342 |
(2) McMurtrie & Keyesの測定装置 343 |
(3) Kohnらの装置 345 |
2.3 気相拡散係数の推算式 345 |
(1) Hirschfelderらの式 345 |
(2) Fullerらの式 345 |
3. 液体の拡散係数 346 |
3.1 ミクロ干渉法 346 |
(1) 測定原理 346 |
(2) ミクロ干渉計による測定 346 |
3.2 スケール法 348 |
3.3 ソーレー強制レイリー散乱法 349 |
(1) 測定原理 350 |
(2) Butenhoffらの測定 351 |
3.4 蛍光相関分光法(FCS法) 351 |
4. 多孔質固体内の有効拡散係数 352 |
4.1 定常法 353 |
4.2 非定常法 353 |
4.3 PFG-NMR法 354 |
第5節 圧力測定 (西村 顕) |
1. 圧力表示の種類 358 |
2. 測定対象 359 |
3. 測定技術例 360 |
3.1 弾性式 360 |
3.2 非弾性式 361 |
3.3 差圧伝送器 362 |
3.4 真空計 364 |
第6節 蒸気圧の測定法 (小林 潤) |
1. 蒸気圧の定義 366 |
2. 静止法 366 |
(1) 直接法 367 |
(2) 間接法 367 |
3. 沸点法 368 |
4. 流通法 369 |
5. 気体分子運動論に基づく方法 371 |
(1) 分子流出法 371 |
(2) Knudsen流出回転法 373 |
6. 利用可能な蒸気圧データおよび測定装置 373 |
第7節 湿度測定 (渡邉 藤雄) |
1. 湿度の定義 376 |
1.1 分圧と飽和蒸気圧 376 |
1.2 絶対湿度 376 |
1.3 関係湿度および飽和度 377 |
1.4 湿度図表 377 |
1.4.1 低温度用湿度図表 378 |
(1) 絶対湿度対温度 378 |
(2) 湿り比熱対湿度 378 |
(3) 湿り比容 379 |
(4) 水の蒸発潜熱 379 |
(5) 断熱冷却線 379 |
(6) 湿りエンタルピー 380 |
(7) 湿球温度 380 |
(8) 露点 381 |
1.4.2 高温度用湿度図表 382 |
2. 測定法と特徴 383 |
2.1 水蒸気吸収法 383 |
2.2 熱力学的平衡温度測定による方法 384 |
2.2.1 鏡面冷却式露点計 384 |
(1) 肉眼判定式露点計 384 |
(2) 光学式露点計 384 |
2.2.2 通風乾湿計(乾湿球温度計) 385 |
2.3 空気の物性測定による方法 386 |
2.4 吸湿物質の物性測定による方法 388 |
2.4.1 電子式湿度計 388 |
(1) 電気抵抗式湿度計 388 |
(2) 電気容量式湿度計 389 |
2.4.2 毛髪湿度計 389 |
第8節 流量・流速の測定 (西村 顕) |
1. 流量測定技術の分類 391 |
2. 流量測定技術例 391 |
2.1 体積流量型 391 |
2.2 質量流量型 394 |
2.3 積算体積流量型 395 |
3. 流速測定技術の分類 398 |
4. 流速測定技術例 398 |
第8章 燃焼計測 |
第1節 ガス成分の計測・分析 (成瀬 一郎) |
1. ガスクロマトグラフィ 403 |
(1) キャリアガス 404 |
(2) カラム 404 |
(3) 検出器 404 |
1) 熱伝導度型検出器(TCD : Thermal Conductivity Detector) 404 |
2) 水素炎イオン化型検出器(FID : Flame Ionization Detector) 404 |
3) 電子捕獲型検出器(ECD : Electron Capture Detector) 404 |
4) 炎光光度検出器(FPD : Flame Photometric Detector) 405 |
5) 質量分析 405 |
2. 赤外線吸収法 405 |
3. 磁気式 406 |
4. 固体電解質式 407 |
5. 化学発光式 407 |
6. 光計測法 408 |
6.1 発光光度法 408 |
6.2 レーザ光の散乱を利用した計測法 408 |
第2節 液体成分の計測・分析 (成瀬 一郎) |
1. 液体クロマトグラフィ 410 |
(1) 分配クロマトグラフィ 410 |
(2) 吸着クロマトグラフィ 410 |
(3) サイズ排除クロマトグラフィ(ゲルろ過) 410 |
(4) イオン交換クロマトグラフィ 411 |
(5) 分配クロマトグラフィ 411 |
(6) 親水性相互作用クロマトグラフィ 411 |
(7) アフィニティクロマトグラフィ 411 |
2. 液体クロマトグラフィの充・剤 411 |
3. 液体クロマトグラフィの検出器 411 |
(1) 紫外吸光度検出器 411 |
(2) 示差屈折率検出器 412 |
(3) 蛍光検出器 412 |
(4) 電気化学検出器 412 |
(5) 電気伝導度検出器 412 |
第3節 固体成分の計測・分析 (成瀬 一郎) |
1. 工業および元素分析 413 |
2. 固体成分の分析・観察法 414 |
(1) 電子顕微鏡 414 |
(2) X線分析 414 |
(3) その他の分析法 415 |
第4節 燃焼速度の測定 (成瀬 一郎) |
1. 気体燃料の燃焼速度の測定 416 |
2. 液体燃料の燃焼速度の測定 418 |
3. 固体燃料の燃焼速度の測定 419 |
(1) 熱天秤による燃焼速度計測 419 |
(2) 電気加熱式ドロップチューブ燃焼炉による燃焼速度計測 420 |
付表 (窪田 光宏、高見 千保美) |
付表1 熱電対基準起電力表 425 |
付表2 測温抵抗体抵抗値表 427 |
付表3 JIS規格以外の特殊熱電対起電力表 428 |
付表4 基礎的定数 432 |
付表5 主な無次元数 433 |
付表6 単位差換算表 433 |
付表7 元素の性質 438 |
付表8 固体の性質 441 |
付表9 飽和水の性質 443 |
付表10 乾燥空気の性質 444 |
付表11 水蒸気の性質 445 |
付表12 飽和水蒸気の性質 445 |
付表13 温度基準飽和表 446 |
付表14 2成分系気相の拡散係数 448 |
付表15 主要燃料の熱化学的性質 449 |
付表16 単体と無機化合物の潜熱 450 |
付表17 有機化合物の潜熱 451 |
付表18 物質の射出率 452 |
付表19 配管サイズ 453 |
付図1 純金属の熱伝導度 454 |
付図2 鉄系合金の熱伝導度 455 |
付図3 ガラスの熱伝導度 455 |
付図4 断熱材の熱伝導度 456 |
付図5 レンガ類の熱伝導度 457 |
付図6 液体の熱伝導度 457 |
付図7 気体の熱伝導度(圧力 : 101.325kPa) 458 |
付図8 純金属の比熱 458 |
付図9 鉄系合金の比熱 459 |
付図10 ガラスの比熱 459 |
付図11 レンガ類の比熱 460 |
付図12 液体の比熱 460 |
付図13 気体の比熱(圧力 : 101.325kPa) 461 |
付図14 液体の密度 461 |
付図15 液体の粘度 462 |
付図16 気体の粘度(圧力 : 101.325kPa) 462 |
付図17 気体の拡散係数 463 |
付図18 液体の相互拡散係数 463 |
付図19 混合気の層流燃焼速度(1atm、室温) 464 |
索引 467 |
第1章 温度計測(その1) : 接触法 |
第1節 接触式温度計の特徴(種類・使用温度範囲・精度) (板谷 義紀) |
1. 温度目盛と各種温度センサの分類 3 |