(57)【要約】【課題】液体（溶液を含む）の比熱を精度良く測定することができ、しかも、簡易な構成にして容易に設計実現でき、これにより、例えばコンパクト化することで、様々な測定装置内に組み込むこともできる画期的な細線加熱による液体の比熱測定方法及び比熱測定装置を提供すること。【解決手段】一定の電流を流した電気抵抗体である細線から発生するジュール熱を用いて液体を加熱しつつ、熱源である細線表面の温度を熱電対等の温度センサーで測定して液体の比熱を測定する細線加熱による液体の比熱測定方法。【選択図】        図１
2004233286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の電流を流した電気抵抗体である細線から発生するジュール熱を用いて液体を加熱しつつ、熱源である細線表面の温度を熱電対等の温度センサーで測定して液体の比熱を測定することを特徴とする細線加熱による液体の比熱測定方法。
【請求項２】
電気抵抗体である一定形状の細線を一定温度に保たれた液体若しくは一定温度に保たれた溶液中に銅線等の固定用導体を用いて保持した後、前記細線に一定電流を流してジュール熱を発生させると、この細線から発生した熱は、比熱を測定するための前記液体若しくは前記溶液を非定常的に加熱し、加熱源である細線の表面温度が、ジュール熱の発熱量の増加と共に温度上昇して細線の表面温度が上昇していく熱拡散現象を利用して、前記細線の表面温度変化を測定することにより液体若しくは溶液の比熱を測定することを特徴とする請求項１記載の細線加熱による液体の比熱測定方法。
【請求項３】
細線加熱から発生する熱、および赤外線を含む光エネルギーを効率的に利用して液体若しくは溶液を加熱、照射するため、前記液体若しくは前記溶液を金メッキ、蒸着等の加工処理を施した二重構造のガラス断熱測定用容器に入れ比熱を測定することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の細線加熱による液体の比熱測定方法。
【請求項４】
銅線等の固定用導体により、電気抵抗体である一定形状の細線を一定温度の液体中若しくは一定温度の溶液中に保持し、この細線に一定電流を流してジュール熱を発生させるように構成し、この細線から発生した熱が、比熱を測定するための液体若しくは溶液を非定常的に加熱し、加熱源である細線の表面温度が、ジュール熱の発熱量の増加と共に温度上昇して細線の表面温度が上昇していくこの細線の表面温度変化を測定するように構成し、この細線の表面温度が上昇していく熱拡散現象を利用して、前記細線の表面温度変化を測定することにより液体若しくは溶液の比熱を測定するように構成したことを特徴とする細線加熱による液体の比熱測定装置。
【請求項５】
細線加熱から発生する熱、および赤外線を含む光エネルギーを効率的に利用して液体若しくは溶液を加熱、照射するため、前記液体若しくは前記溶液を金メッキ、蒸着等の加工処理を施した二重構造のガラス断熱測定用容器に入れた構成としたことを特徴とする請求項４記載の比熱測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細線加熱による液体の比熱測定方法及び比熱測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
液体（溶液を含む）の効率的な比熱の高精度測定方法を確立することは重要である。
【０００３】
本発明は、液体（溶液を含む）の比熱を精度良く測定することができ、しかも、簡易な構成にして容易に設計実現でき、これにより、例えばコンパクト化することで、様々な測定装置内に組み込むこともできる画期的な細線加熱による液体の比熱測定方法及び比熱測定装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００５】
一定の電流を流した電気抵抗体である細線１から発生するジュール熱を用いて液体５を加熱しつつ、熱源である細線１表面の温度を熱電対等の温度センサー２で測定して液体５の比熱を測定することを特徴とする細線加熱による液体の比熱測定方法に係るものである。
【０００６】
また、電気抵抗体である一定形状の細線１を一定温度に保たれた液体５若しくは一定温度に保たれた溶液５中に銅線等の固定用導体３を用いて保持した後、前記細線１に一定電流を流してジュール熱を発生させると、この細線１から発生した熱は、比熱を測定するための前記液体５若しくは前記溶液５を非定常的に加熱し、加熱源である細線１の表面温度が、ジュール熱の発熱量の増加と共に温度上昇して細線１の表面温度が上昇していく熱拡散現象を利用して、前記細線１の表面温度変化を測定することにより液体５若しくは溶液５の比熱を測定することを特徴とする請求項１記載の細線加熱による液体の比熱測定方法に係るものである。
【０００７】
また、細線加熱から発生する熱、および赤外線を含む光エネルギーを効率的に利用して液体５若しくは溶液５を加熱、照射するため、前記液体５若しくは前記溶液５を金メッキ、蒸着等の加工処理を施した二重構造のガラス断熱測定用容器４に入れ比熱を測定することを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の細線加熱による液体の比熱測定方法に係るものである。
【０００８】
また、銅線等の固定用導体３により、電気抵抗体である一定形状の細線１を一定温度の液体５中若しくは一定温度の溶液５中に保持し、この細線１に一定電流を流してジュール熱を発生させるように構成し、この細線１から発生した熱が、比熱を測定するための液体５若しくは溶液５を非定常的に加熱し、加熱源である細線１の表面温度が、ジュール熱の発熱量の増加と共に温度上昇して細線の表面温度が上昇していくこの細線１の表面温度変化を測定するように構成し、この細線１の表面温度が上昇していく熱拡散現象を利用して、前記細線１の表面温度変化を測定することにより液体５若しくは溶液５の比熱を測定するように構成したことを特徴とする細線加熱による液体の比熱測定装置に係るものである。
【０００９】
また、細線加熱から発生する熱、および赤外線を含む光エネルギーを効率的に利用して液体５若しくは溶液５を加熱、照射するため、前記液体５若しくは前記溶液５を金メッキ、蒸着等の加工処理を施した二重構造のガラス断熱測定用容器４に入れた構成としたことを特徴とする請求項４記載の比熱測定装置に係るものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。
【００１１】
電気抵抗体である一定形状の細線１を一定温度に保たれた液体５若しくは一定温度に保たれた溶液５中に固定用導体３（線径の比較的大きな銅線等）を用いて保持した後、前記電気抵抗体である細線１に一定電流を流してジュール熱を発生させると、この細線１から発生した熱は、比熱を測定するための液体５若しくは溶液５を非定常的に加熱し、加熱源である細線１の表面温度がジュール熱の発熱量の増加と共に温度上昇して細線１表面温度が上昇していく熱拡散現象を利用して細線１の表面温度変化を測定し、これにより液体５若しくは溶液５の比熱を測定する。
【００１２】
この熱拡散現象は、熱源となる細線１を取り囲む液体５若しくは溶液５の影響を強く受けるので、時間に対する細線１表面の温度上昇を細線１表面に取り付けた温度センサー２で精度良く測定すれば、液体５若しくは溶液５の比熱を高精度に測定できることとなる。
【００１３】
即ち、この際、本発明は、電気抵抗体として細線１を採用したため、この細線１に一定電流を流してジュール熱を発生させても、対流などの伝熱的影響を十分にキャンセルすることができ、これにより、前記細線１から前記液体５若しくは前記溶液５への伝熱が前記対流によって妨げられることがなく、よって、前記液体５若しくは前記溶液５の影響を受けた細線１の温度上昇を直接測定することで、液体５若しくは溶液５の比熱を精度良く測定できることとなる。
【００１４】
また、この発明による比熱測定装置は、銅線等の固定用導体３により、電気抵抗体である一定形状の細線１を一定温度の液体５中若しくは一定温度の溶液５中に保持し、この細線１に一定電流を流してジュール熱を発生させるように構成し、この細線１から発生した熱が、比熱を測定するための液体５若しくは比熱を測定するための溶液５を非定常的に加熱し、加熱源である細線１の表面温度が、ジュール熱の発熱量の増加と共に温度上昇して細線１の表面温度が上昇していくこの細線１の表面温度変化を測定するように構成し、この細線１の表面温度が上昇していく熱拡散現象を利用して、前記細線１の表面温度変化を測定することにより液体５若しくは溶液５の比熱を測定するように構成したものである。
【００１５】
細線加熱による温度測定は、この細線１から発熱する熱量が、前記液体５若しくは前記溶液５に時間の変化に従って如何に吸収、拡散されるかを測定するものである。
【００１６】
この本発明に当たっては、例えば前記液体５若しくは前記溶液５の温度が常に一定になるよう、温度制御装置等を用いて制御、保持しておく。
【００１７】
比熱測定においてより精度の高い測定を行う場合には、非定常加熱細線と液体が直接接触する細線固体表面の温度をｍＫ、もしくは１０−４Ｋ程度の高分解能で測定する必要がある。
【００１８】
この点、本願測定装置は、市販のｍＫ、もしくは１０−４Ｋ程度の高分解能温度測定装置を用いる装置構成としているため、この要求を十分に満たしており、前記液体５若しくは前記溶液５の比熱を測定し、算出する手段を備えたものである。
【００１９】
従って、本発明は、一定温度に保たれた液体中若しくは一定温度に保たれた溶液中に設置した細線に一定電流を加え、これにより発生したジュール熱の液体若しくは溶液への拡散状態を細線表面に取り付けた温度センサー（例えば熱電対）により測定し、この測定温度の勾配から、液体若しくは溶液の比熱を直接決定することができる。
【００２０】
また、測定原理が簡単であり、かつ測定装置を容易に自作できるので、比熱測定装置自身のコストパフォーマンスが極めて高い。
【００２１】
また、電気抵抗体である細線に流入する電流，電圧は、市販の測定装置を使って精度良く測定できるので、絶対的比熱測定が可能となる（絶対比熱測定法）。
【００２２】
【実施例】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２３】
本実施例は、図１，図２に示すように、所定の測定液体５を収納するための容器４を設け、この容器４内に通電により発熱する細線１を設け、前記細線１にはこの細線１を前記容器４内に保持すると共に細線１に所定の電流を伝える固定用導体３を設け、前記細線１の表面部所定位置に、この細線１表面の温度上昇を測定するための温度センサー２を設けて細線加熱部８を構成し、所定の電源７により固定用導体３を介して細線１に所定の電流を供給することでこの細線１を発熱させ、この発熱により、前記容器４内に収納した測定液体５内の細線１の表面温度の変化を測定することにより、前記測定液体５の比熱測定するものである。
【００２４】
所定の測定液体５を収納する容器４には、ガラス管４を採用している。
【００２５】
このガラス管４は、内側に金等の薄膜をメッキ若しくは蒸着してふく射シールドした構成としている。これは、通電により細線１を加熱して発生する熱及び赤外線を含む光エネルギーを効率的に利用して測定液体５を加熱、照射するためである。即ち、細線１から発生するジュール熱を測定液体５へ完全に、効率良く吸収させるため、測定液体５を入れるガラス管４に、前述したようなメッキ若しくは蒸着処理を施す。
【００２６】
通電により発熱する細線１は、白金線１を採用している。これにより、熱源自身が耐腐食性を有するため、腐食性の高い液体の比熱を容易且つ迅速に測定することができる。
【００２７】
具体的には、白金線１は１０〜２０μｍ程度の白金線１を採用している。
【００２８】
この白金線１はガラス管４内に固定用導体３により、均等になるように張設する。
【００２９】
また、この固定用導体３は、線径が比較的大きな銅線等を用いる。
【００３０】
具体的には、固定用導体３の一方側両端部は、白金線１を、ガラス管４の内面に当接せずに上下方向に張設し得るように、ガラス管４の上部及び下部に夫々の端部を配設した構成としている。
【００３１】
また、固定用導体３と白金線１とはハンダ付け等により接続している。
【００３２】
一方、白金線１に接続した固定用導体３の他方側両端部は、白金線１に電流を供給する電源７に接続している。
【００３３】
また、電源７としては、定電流電源（高砂製作所ＧＩＰ０３５−１）を使用している。
【００３４】
白金線１の表面所定位置には、通電により白金線１の表面からジュール熱を発生させた際、液体５若しくは溶液５の影響を受けた白金線１の温度上昇を測定するための温度センサー２を設けている。
【００３５】
具体的には、この温度センサー２は、銅−コンスタンタン熱電対２を採用している。
【００３６】
また、前記熱電対２は、この熱電対２が感知した信号を受信して温度を測定する温度測定器９に接続されている。
【００３７】
また、白金線１と固定用導体３とを接続した部位には、白金線１に供給される電圧を測定するための細線間電圧測定用銅線６を接続し、この細線間電圧測定用銅線６もまた、前述の熱電対２と同様、温度測定器９に接続した構成としている。
【００３８】
温度測定器９は、熱電対２で測定された信号をデジタル信号化するデジタル信号変換器（例えばデジタルマルチメーターＫＥＹＴＨＬＥＹ２７００）を介してコンピュータ１０と接続され、このコンピュータ１０によって、測定結果を解析する。
【００３９】
また、測定時には、測定液体５を一定温度に保持するために、細線加熱部８、即ち、測定液体５や白金線１を配設したガラス管４を温度制御装置１１に収納する。
【００４０】
この温度制御装置１１としては、オイルバス１１を採用している。
【００４１】
本実施例の比熱測定装置は、測定原理が簡単であり、且つ測定装置を容易に自作できるため、測定装置自身のコストパフォーマンスが極めて高く、比熱測定装置をコンパクト化することで、多くの他の測定装置の中に組み込むことができる。
【００４２】
次いで、本実施例の比熱測定装置の測定原理について説明する。
【００４３】
本願測定方法は、単成分の液体若しくは複数の成分からなる混合溶液の液体に関する比熱を精度良く測定するための新たな一方法として、非定常細線加熱法を用いた液体における比熱測定方法を提示し、その測定装置を提案するものである。
【００４４】
尚、非定常細線加熱とは、細線（白金線等）に電力を与えて熱を均一に発熱させ、その時の時間経過と温度応答の関係により各熱物性値を測定する方法である。
【００４５】
ある有限な細長い一定断面の空間（本実施例におけるガラス管４）に測定液体５を入れて、このガラス管４中に１０〜２０μｍ程度の極めて細い金属線（本実施例では白金線１）を均等になるように張り、この白金線１に外部電源７から一定電流を流しジュール熱を発生させる。
【００４６】
この白金線１で発生したジュール熱は、白金線１の表面から測定液体側に熱力学第二法則に従い均一に拡散していく特性を示す。
【００４７】
この拡散現象は、熱源（即ち白金線１）を取り囲む測定液体５の影響を強く受けるので、時間に対する白金線１表面の温度上昇を白金線１表面に取り付けた熱電対２で精度良く測定すれば、測定液体５の比熱を高精度に測定できる。
【００４８】
熱容量Ｃは、一般に数式（１）で表すことができる。
【００４９】
【数１】
2004233286.tif 000003
【００５０】
ここで、Ｑは熱量、Ｔは温度である。
【００５１】
この熱容量を単位質量当たりに換算すると比熱Ｃが得られるので、数式（１）の両辺をｍで除し時間に関する微分の関係式で表すと、次式を得る。
【００５２】
【数２】
2004233286.tif 000004
【００５３】
ここで、ｍは液体全質量、ｔは時間である。
【００５４】
上述した比熱の数式（２）に従い、液体（溶液を含む）の比熱を測定するための細線加熱・温度測定部及び測定装置がそれぞれ図１、および図２に示されている。
【００５５】
尚、本実施例の実用的な比熱測定装置の詳細については、日本機械学会、茨城講演会における本発明者の発表論文「細線加熱法を用いた液晶レシチンの比熱測定」を参照されたい。
【００５６】
また、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、例えば、ある有限な細長い一定断面の二重断熱構造のガラス管等の容器内に測定したい液体若しくは測定したい溶液を入れ、この容器内に白金線等の細線を均等になるよう張り、外部から一定電流を流しジュール熱を発生させることで、この金属線で発生したジュール熱は、細線の表面から液体側に熱力学第二法則に従い均一に拡散していく特性を示し、この拡散現象は、熱源となる金属線を囲む液体若しくは溶液の影響を強く受けるので、時間に対する金属表面の温度上昇を、金属表面に取り付けた温度センサーで精度よく検出でき、これにより、液体若しくは溶液の比熱を高精度に測定することができる画期的な細線加熱による液体の比熱測定方法となる。
【００５８】
また、請求項３記載の発明については、液体若しくは溶液の比熱をより一層精度良く測定することができる画期的な細線加熱による液体の比熱測定方法となる。
【００５９】
また、請求項４記載の発明については、請求項１，２記載の発明を確実に実施することができる画期的な比熱測定装置となる。
【００６０】
また、請求項５記載の発明については、請求項１〜３記載の発明をより一層精度良く実施することができる画期的な比熱測定装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定液体を入れた白金線の細線加熱部および表面温度測定用の熱電対の測定部詳細を示す。
【図２】液体の比熱測定装置構成の概要を示す。
【符号の説明】
１  細線
２  温度センサー
３  固定用導体
４  容器
５  液体，溶液
【図１】
2004233286.tif 000005
【図２】
2004233286.tif 000006