日射計のミューロッツ

THASYS 薄膜ヒーター式熱伝導率測定システム

図2 THASYS　によるプラスチックのサンプルの分析。グラフはヒーターをつけた時に反応する信号を表します。 信号幅は熱伝導率 λに対して反比例します。

THASYSは、電気絶縁やインタフェースのプラスチックや合成物サンプルの熱伝導率、および熱抵抗率を測定をします。米国試験協会ASTM1114-98規格に準拠し、薄膜ヒーターを採用。絶対法に基づき、正確かつ迅速、簡単に熱伝導率を測定をします。THASYSは、薄膜ヒーター式装置（THA01)、計測制御ユニット（MCU01）で構成されています。特殊設計の高精度サーモパイルセンサー採用し、薄膜状のサンプルを測定できます(通常0.01mmから6mm。0.01mmのサンプルは重ねる必要があります)。この方法は、ASTM D5470規格に準拠し、優れた方法とされています。人工気象室を使用すれば、広い測定温度範囲をカバーし、一定の間隔を置いて測定を実行できます。THASYSは、コンピューターによる完全制御です。熱伝導率の高い薄いホイルの材質などには、THISYSをお勧めします。

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概要

「薄膜ヒーター式装置」(THA)のための　ASTM C1114-98「薄膜型ヒーター標準試験法」は、高精度で迅速な測定を可能にする1998年の比較的新しい規格で、広い測定温度範囲をカバーします。
THAの原理は、薄膜ヒーターが持つ不要でごく微量な熱流をもとにしています。 非常に薄いヒーター、同程度の厚さを持つ薄い２つのサンプルそして２つのヒートシンクの組み合わせにより、サンプルを通じて、均一な熱領域を発生することが可能です。

熱流φ(ヒーターパワーから派生)を測定するのに、サンプル温度の時間変化に対する微分値ΔT_amp、効果的なサンプルの厚さH_eff, とすると、熱伝導率λは下記の等式で表せます:

λ = φ H_eff / ΔT_amp

熱流φ, H_eff、ΔT_amp の測定はパワー、厚さ、温度の全てを直接計測できます。これは参照サンプルや校正熱流センサーを必要とする保護熱板法（Guarded Hot Plate法、GHP法）に対して、THA　は絶対法で計測できます。

THA01 設計

技術的新案は、Hukseflux特許「thin thermocouple thermopile」で、正確で高感度な微分値∆Tの測定を可能にし、測定はグリセリン槽で行われます。 グリセリン槽は、接触抵抗を抑えてTHA操作を容易にします。
通常の「ASTM D 5470 – 01」法ですと、接触抵抗の高い感度が示されます。THASYSは、この問題を解決しました。

THA01は0.1mmから6mmの厚さのサンプルを計測できます。通常、面積70×100mmのシート状、または薄膜状のサンプルです。

測定精度は、サンプルの総熱抵抗率に依存します。 非常に薄いサンプル(0.1mm)の場合には、重ねることで(２枚ではなく,４枚かそれ以上）測定精度が高まります。

計測の際、THA01の温度で測定します。 必要に応じて、THA01を人工気象室に設置し、動作温度を変えて測定します。サーモパイルはコールドジョイントとともに、２個あるヒートシンクのうちの一つに接続されています。ホットジョイントは、薄いヒーターに内蔵されています。 ２つのサンプルは、ヒートシンクとヒーターの間に挿入します。 接触抵抗による誤差は、液体グリセリンで、最小限に抑えられます。つまり、測定はヒーティングサイクルと微分値　∆Tを確定するための計測からなります。

MCU設計

MCU（測定制御装置）は、コンピュータ操作によって、データ保存と同時に、測定と制御を実行します。ウィンドウズによるソフトウェアはこのユニットに含まれています。 パラメーターサイクルタイム、サンプルの厚さ、ヒーター領域を入力すると、計測がコンピューターのスクリーン上で、スタートします。

校正(キャリブレーション)

添付されているPyrex 7740サンプルで、安定性の検証ができます。 キャリブレーションはNPL（英国立物理学研究所）で確認できます。 THASYSは、ISO認証の研究所での使用に適しています。

適応例

• シート状のプラスチックや合板の熱伝導率分析
• 電気絶縁性サンプルなど

備考

THA01の製品使用説明書（マニュアル）を必ず参照してください。 この製品使用説明書（無料、PDFファイル）は、Eメールで入手できます。ASTM　標準のC1114-98は、ASTM（米国材料試験協会）から入手できます。THASYS　の圧力セルは、オプションです。 さらに高い熱伝導率のサンプルには、THISYSモデルをお勧めします。