熱の実験室-新館
第24回 測定物とシース熱電対のスリーブまでの適正な距離-2
5ブロックの実験メンバーが交代で担当します
実験実施: 2012年5月、 実験担当: 第2ブロック

 1.はじめに

 前回(第18回)の実験では加熱ブロックの温度、シース熱電対のシース径、加熱ブロックからスリーブまでの距離を変えたとき、加熱ブロックに対して横からシース熱電対を挿入した場合のスリーブの温度を調べることで測定物とシース熱電対のスリーブまでの適正な距離を見積もった。
 今回の実験では、温まった空気が対流により上昇することから、熱電対が熱源の下に合った方がスリーブの温度が低くなるのではという予測のもと、前回と同様な条件で加熱ブロックに対して下からシース熱電対を挿入した時のスリーブの温度を調べ、測定物とシース熱電対のスリーブまでの適正な距離を検討する。

 2. 実験1

  2-1 実験手順

 加熱ブロック (SUS304)をカートリッジヒーター(200 V, 675 W) 4本用いて加熱する。サンプルシース熱電対(φ4.8,3.2, 2.3, 1.6, 1.0)を各1本、測定用熱電対をスリーブに貼りつけ加熱ブロックに挿入し、取付金具で固定した。
 加熱ブロックの温度を100 ℃、300 ℃、500 ℃、700 ℃とし、シース熱電対のスリーブまでの距離Lを20 mm、50 mm、80 mm、100 mm、150 mmとしたときのスリーブ温度を測定した。
図1 実験方法

  2.2 実験結果

 測定用熱電対で測定した温度と室温の差(スリーブ上昇温度)を表1に示した。また、比較のために熱電対を横から挿入した時のデータを改めて表2として示す。横から挿入した場合と同様にスリーブ上昇温度は加熱ブロックの温度が高くなるほど増加し、シース径が小さくなる、またはスリーブまでの距離が長いほどスリーブ上昇温度が低くなった。横から挿入した場合と下から挿入した場合で比較すると、全ての条件において下から挿入した場合の方が、スリーブ上昇温度が高くなった。
 
表1 スリーブ上昇温度測定データ (下から挿入した場合)
 (a) シース径φ 4.8 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 14.6 4.0 1.2 0.8 0.6
300.0 55.0 16.2 5.2 3.2 1.1
500.0 102.3 32.7 12.1 7.8 3.3
700.0 160.1 57.4 25.5 16.5 7.7
 (b) シース径φ 3.2 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 10.0 2.0 0.7 0.5 0.5
300.0 38.7 9.0 2.8 1.9 0.9
500.0 75.2 20.9 8.2 5.2 2.3
700.0 126.1 42.0 18.4 12.2 5.4
 (c) シース径φ 2.3 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 5.1 0.8 0.4 0.4 0.5
300.0 22.3 5.5 2.1 1.6 0.9
500.0 50.2 15.7 7.0 4.7 2.4
700.0 96.4 36.0 16.9 11.5 5.7
 (d) シース径φ 1.6 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 4.0 0.7 0.3 0.4 0.5
300.0 18.1 4.8 2.3 1.7 1.0
500.0 42.8 14.0 7.6 4.5 2.6
700.0 84.2 32.3 16.2 10.4 5.4
 (e) シース径φ 1.0 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 2.7 0.7 0.4 0.4 0.5
300.0 13.2 4.7 2.3 1.9 1.1
500.0 35.7 14.1 7.4 5.0 3.2
700.0 78.0 33.1 16.8 11.5 7.1
 
表2 スリーブ上昇温度測定データ (横から挿入した場合)
 (a) シース径φ 3.2 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 6.1 1.1 0.0 0.0 0.0
300.0 23.8 5.2 1.3 0.6 0.1
500.0 49.3 13.9 4.1 2.6 0.6
700.0 81.3 29.1 9.9 6.8 1.9
 (b) シース径φ 2.3 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 2.8 0.4 0.0 0.0 0.0
300.0 12.8 3.0 1.0 0.6 0.1
500.0 31.3 10.1 3.9 2.8 0.8
700.0 60.6 24.8 10.1 7.7 2.7
 (c) シース径φ 1.6 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 1.5 0.3 0.0 0.0 0.0
300.0 8.1 2.1 0.8 0.7 0.1
500.0 22.4 8.1 3.3 2.4 0.8
700.0 46.7 21.1 9.3 7.2 2.2
 (d) シース径φ 1.0 mm
  距離L mm
20.0 50.0 80.0 100.0 150.0
ブロック温度 ℃ 100.0 0.8 0.2 0.0 0.0 0.0
300.0 5.1 1.9 0.6 0.5 0.0
500.0 16.8 7.4 2.5 1.8 0.4
700.0 38.2 19.9 7.7 5.6 1.4