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ヒーターの電力量Wの測定方法
- ヒーターの電力量を測定する方法について説明します。
- 試験片にラバーヒーターを取り付けて加熱する実験を行っていますが、ヒーターに与えられる電力量を測定する方法が分かりません。
- 装置の配線についても説明します。
- 製品設計
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スライダックとシリコンヒーターの間に、参考URLに示すような測定器を 入れて測れば正確な値が得られるでしょう。 正確とは、 ・シリコンヒーターの力率が１でない場合にも正しい電力が測れる ・シリコンヒーターの抵抗値が一定でない場合にも正しい電力が測れる ・電源の波形が歪んでいる場合でも正しい電力が測れる など ただし、参考URLのような指針形のメーターは、時代遅れです。 今後も同様な測定が継続し、設備予算が確保できるなら、２番目のURLに示す ような測定器を導入なさることも一つの方法です。 なお、電力の絶対値は必要なく、加熱パワーを相対的に知りたいだけなら、 お手持ちのテスターでも十分でしょう。
単相交流でヒーターに電圧をかけていることを条件にした説明になります。 ラバーヒーターが何ワットのヒーターであるのかがわかっている場合、下記の式で電圧を変えたときのワット数を計算することが出来ます。(何ワットのヒーターを使っているか不明でも下記の説明は、下記の式が正しい事を証明する為の説明です。また、この式を使えば、スライダックを動かして電圧を変えたときにも計算できることの説明になりますので、そのまま理解してください。) 電圧A[V]において電力B[W]となるように作られたヒーターにC[V]の電圧を加えるとヒーターにD[W]の熱量が発生します。 D=B×(C/A)×(C/A)[W] 例:100Vで1000Wのヒーターに200Vを加えると、4000Wのヒーターになります。 100Vで1000Wのヒーターには10Aの電流が流れます。この時にオームの法則から、R=E/I=100/10=10Ωとなります。(温度により抵抗値は変わりますが、通常は、そのヒーターに規定電圧をかけた時に突入電流ではなく、定常時の電流が流れている時の電流から、ヒーターの抵抗を逆算します。) 電力を求めるW=I×I×Rの式に当てはめてみると10[A]×10[A]×10[Ω]=1000[W]と上の計算があっている事となります。 この抵抗値が200Vをかけて更に温度が上がったときにも変わらなかったと仮定すると200Vを１０Ωのヒーターに流すと、同じくオームの法則からI=E/R=200/10=20Aとなり、20Aの電流が流れます。 このことから、W=I×I×Rの式に当てはめてみると20[A]×20[A]×10[Ω]=4000[W]となり、 D=B×(C/A)×(C/A)[W]の式が正しい事の証明となります。 上記より、ヒーターの端子間電圧をテスターで測り、何Vであるかを確認するのと同時に、クランプテスターでヒーターに流れている電流を測る事でオームの法則より抵抗値を知ることが出来ます。一般的なクランプテスターであれば、単純に単相交流のヒーター線に流れている電流値を見る事が出来ます。 実測した電圧、抵抗、電流より、ヒーターに与えている電力は計算できます。 試験片にラバーヒーターを取り付けて加熱となっていますが、試験片に何ワットの与えられているかとなると、熱の伝導率など、一般的に効率の問題があり、ヒーターの電力=試験片に与えられたエネルギーとなりません。 試験片の常温での温度を測り、ヒーターに電気を加えて、試験片が特定の温度になるまでの時間を測ります。中学校の教科書を思い出していただくと、Aグラムで比熱Bの物体を何℃から何℃まで何分で暖める時に必要なエネルギーは?などという問題があったと思います。そのまま使用される試験片の材質から比熱や重さを調べて、実際の温度変化を測る事で、ラバーヒーターの効率も逆算できます。一度は習った簡単な問題なので、トライしてみてください。 上記の計算をするのであれば、 http://hioki.jp/32802010/index.html のテスター 一つで充分に測れると思いますよ。
お礼
ありがとうございました。 上記機種で、計算を参考にさせていただきます。
補足
詳しいご回答ありがとうございます。 とりあえずはヒーターの電力が分かればよいので(試験片が新規材料なので熱伝導率等が正確にはわかりませんので・・・)、テスターを用いて計算を行おうと思います。 http://hioki.jp/32802010/index.html 下記にて紹介されていたこのテスター1個あればよいのでしょうか？「同時に」測定するとのアドバイスを下で頂いているので、複数テスターが必要なのか気になるのですが。
より正確な電力(W)を測定したい場合は電圧と電流を同時に測定し、 この値や波形から電力値に計算して表示するような測定器を使用 します。 また、測定器を接続する箇所などの注意事項があります。 詳しくは、メーカに相談すると良いでしょう。 電力の測定器の例として次のURLをクリックして参考にして下さい。 [クランプオンハイテスター/3169/日置電機] http://hioki.jp/pdf/power/3169J15-99M-03K.pdf
非常に初歩的な内容？の様に思われるので・・・ マルチテスターはお持ちの様ですから、交流電圧は計れる訳で、 後は電流が測れればいいのですね？ 安上がりならば、この辺のクランプ電流計で。 http://hioki.jp/32802010/index.html 力率cosθ=1と考えて P=I・V (W) 3280-10でも3280-20でも1個で計れます。 付属品にテストリードもあるので、電圧計としても使えます。 相関が取れれば良いのなら3280-10で十分、より正確さを求めるなら3280-20、 実際の作業を考えると、電圧計は付けっぱなしにして端子を絶縁しておくべきでしょう。 そうなると一般のマルチテスターと、こちらのクランプメーター両方有った方が 便利ではあると思います。
【電源】－【スライダック】－【シリコンヒーター】～～～【試験片】 が、実際の構成でしょうか。 【シリコンヒーター】が消費している電力を測定することは、とても簡単。 【シリコンヒーター】が消費している電力のうち、実際には何Wの電力を試験片に与えてるのかを精度よく測定・計算すること…、はとてもとても難しいです。 熱抵抗、熱容量、放熱量、温度上昇率、……、等などの情報が必要です。
補足
真の付加電力は現実問題測定は無理です(ヒーターの熱抵抗等の基礎データもなく、測定器具も足りません)。 古いスライダックで70vに調整したり100vに調整しているので、結局それが正しい値か確認できないのが困っています(要は説明するときに、「ヒーターから○Wで試験片を加熱している」と言えない現状です)。 なのでヒーターの消費電力が測定できればいいのですが・・・
補足
ありがとうございます。 取扱いを楽にするためにヒーター・スライダック間の接続は単純な被覆線ではなくプラグにしてしまっているので、このタイプを使うのは難しいかも・・です。