地盤工学

Hukx は「サーマルニードル」式熱伝導率センサーの分野で市場をリードしています。 これらのセンサーは主に、土壌の熱伝導率および熱抵抗の測定に使用されています。

製品は大きく 2 つのカテゴリーに分かれます。 1つ目は科学用途向けのシステムで、TP02・TP08 のニードルタイプと TPSYS02 システムが含まれます。 2つ目は精度よりも堅牢性を重視したシステムで、FTN02・MTN02・TNS02 が該当します。

土壌熱伝導率測定システムが実際にどのように動作するかは、ぜひ動画をご覧ください。

土壌の熱経路調査

インフラを設計する際、土壌の熱特性が重要な役割を果たすことがあります。熱伝導率は、材料の特性の一つです。これは、定常状態における材料の熱伝導率を表します。

土の熱伝導率は、例えば、次のような設計の際に重要です。

• 高圧電線による電力輸送
• 加温された油の輸送
• 地熱暖房システム

プロジェクトの設計段階において、多くの場合、経路全体またはその場所の土壌の熱伝導率が測定されます。

測定対象

測定値は熱伝導率（W/(m·K)）である。ユーザーはこれを「K値」と呼ぶこともある。また、熱抵抗率と呼ぶ人もいる。後者は、単に熱伝導率の逆数（(m·K)/W）である。

土壌の熱伝導率を測定するための規格があります。最も一般的に使用されているのは

• ASTM D5334-14 熱的ニードルプローブ法による土と軟岩の熱伝導率の測定に関する標準試験方法
• IEEE Std 442-1981（2003年再確認）、土壌の熱抵抗測定に関するIEEEガイド

どちらの方法もサーマルニードルを採用しています。これらのニードルは、土壌に挿入されます。

想定される測定；

• フィールドで、要求された正確な場所で、現地の条件下で測定する。
• 実験室で、現地で採取した試料を使用し、採取時の現地条件を可能な限り再現して測定する。
• 実験室で、現地で採取した試料を使い、試料を飽和させ、乾燥させる。

採取の際、他のパラメータもメモしておくことが望ましいです

• 密度
• 土壌の種類

測定後、特に実験室では、多くのユーザーが以下を判断する。

• 乾燥密度
• 採取後の密度と乾燥密度から計算した、採取時の試料の含水率。
• 場合によっては：乾燥と飽和の2つの極限状態における熱伝導率
• 場合によっては、IEEE P 1254に準拠した土壌の熱安定性

高圧電力ケーブルの準備に際しては、プラスチック絶縁体の温度を 80 ℃以下に保つことが主な考慮点です。最も危険な状況、すなわち乾燥した土壌の熱伝導率を設定することが重要です。

仕様

土の熱伝導率は以下の特徴を持っています

• 土壌の熱伝導率は、土質、密度、含水率に依存する
• 温度依存性は 0.1 %/K のオーダーで小さい。
• 乾燥状態から水分を加えると、熱伝導率の変化は土壌水分率(質量比)が10%までは急で、それ以上では緩やかになる。
• 含水率に対する変動は、砂が最も大きく、粘土は小さい。ロームはその中間に位置する。これは粒子の熱的性質と粒子形状に関係する。
• 岩石が混在し、粒子が小さい土壌は、ニードル法では分析が困難である。しかし、ほとんどの固い岩石は飽和土壌よりも熱伝導率が高ため、通常の測定では熱伝導率が過小評価されてしまいます
• 測定時間は10分程度かかります

Table 1 土壌の熱伝導率例 　単位：W/(m·K)

ニードル測定について知っておくべきこと

• ニードル測定は、土壌に針を刺し、段階的に定電力加熱したときの温度と時間の過渡変化を測定するものである。絶縁性土壌の場合、導電性土壌よりも温度上昇が速い。
• ニードル法は、針の直径よりも小さな粒子径を持つ均質な土壌に最も適している（< 6 x 10^-3 m）。
• ニードルが土壌によく接触し、動かないようにする必要があります。
• 局所的な水分の蒸発がないように、低電力で測定する必要があります。
• 硬い土壌やコンクリート、セメントを測定する際には、ガイドチューブなどの特別なアクセサリーを使用することができます。
• 一般的な測定は、測定精度の検証から始まります。
• 現場での測定精度は10％程度、実験室ではそれ以上の精度が期待されます。
• データを視覚的に分析する必要があります。これは規格で要求されていることです。測定システムの標準偏差の表示は、あくまでも目安です。

センサーや計測システムの選択

典型的なチェックリストです。

• アプリケーションは何か？現場か、実験室か、それとも複合的な使用か？
• 要求される精度：高いか低いか
• どのように測定するのか（現場での正確な位置、現場での試料、研究室での測定）。
• 陸上または海上での作業か？
• どのような深さで測定するか？
• 特別な実験要件は？
• 使用可能な試料の寸法は？
• 測定に必要な温度範囲は？
• 要求される精度は？
• 密度や熱容量など、他に測定しなければならないものはあるか？

私たちの貢献

Hukx は、20年以上にわたり土壌の熱伝導率測定用センサーおよび測定システムを設計・開発してきました。 その間、製品ラインナップを大幅に拡充し、測定サービスの提供や機材レンタルも行ってきました。

提供している測定システム：

• FTN02：100% フィールド用途向けの測定システム。
• MTN02：フィールドとラボの両方で使用できるハイブリッド型システム。
• TPSYS02:：主に研究室向けの科学測定システム。 柔らかい堆積物や乾燥試験のみを扱う場合にも有用。

MTN02 に使用される TP07、そして TP08・TP02 の各サーマルニードルには、ステンレス製の「ガイディングチューブ」をご用意しています。 これらのチューブを使用することで、セメント、熱バックフィル（粘土質材料）、乾燥土壌などの硬い試料にも、鋳込みによって測定針を挿入し、熱伝導率を測定することが可能になります。

また、すべてのモデルに対して、トレーサブルな基準材料として使用できる「校正用リファレンスシリンダー」を提供しています。 さらに Hukx では、フィールドやオフショア用途に適したヘビーデューティ仕様・耐圧仕様など、カスタム設計モデルの製作にも対応しています。

• 熱伝導率測定用センサーおよびシステムの「標準製品ラインナップ」を販売しています。
• 測定システムのレンタルサービス（データ解析サポート付き）も提供しています。

TP02 と TP08 は、最高レベルの測定精度を求める研究室用途向けに設計されたサーマルニードルです。 本来は屋内測定用ですが、適切に取り扱えば屋外でのオンサイト試験にも使用できます。堆積物などの柔らかい土壌では容易に挿入できますが、硬い土壌では事前に穴を開けるか、ガイディングチューブを使用する必要があります。 TP02 と小型の TP08 は、単体のニードルとしても、ターンキーシステム TPSYS02 の構成要素としても購入できます。TP02 と TP08 は、多くの研究室で使用されている一般的な電子計測機器で動作します。 どちらのプローブを使用するかは、用途に応じて慎重に選ぶ必要があります。標準モデルは TP02 で、最高精度、外乱に対する低感度、そして高温・低温環境での優れた性能を備えています。TP02 に必要な試料サイズ（通常高さ 150 mm）が確保できない場合は、TP08 の使用を検討してください。TP08 は TP02 より短いものの、動作原理は同一です。TP08 用には専用サンプル容器（TP08-CO）も用意されています。TP08 は、オフショア実験における堆積物コアの分析にも広く使用されています。多くの場合、コアの側面から挿入することも可能です。

Hukx では、フィールド実験向けに FTN02、MTN02、および複合システム TNS02 を提供しています。これらのヘビーデューティ測定システムは、柔らかい土壌だけでなく、より硬い土壌にも貫入できる堅牢なサーマルニードルを備えています。FTN02 システムはフィールド用途に特化しており、特に高電圧ケーブル（非通電時）の地中調査に適しています。通常は地表から約 1.5 メートルの深さで測定を行います。FTN02 には長さ 1.4 メートルのランス（LN02）が含まれており、その先端には直径 6.3×10⁻³ メートルの非常に堅牢なニードル（TP09）が取り付けられています。ランスを使用することで、溝を掘る必要がなくなり、作業時間を大幅に短縮できます。

MTN02 システムは、研究室での実験にもフィールドでの測定にも適したモデルです。直径 3.5×10⁻³ メートルのニードル（TP07）が小型挿入ツール（IT03）に取り付けられており、柔軟な運用が可能です。TP07 と TP09 は TP02 や TP08 よりも堅牢ですが、得られる測定精度はこれらの高精度モデルに比べて低くなります。

熱伝導率測定サービスの依頼方法

• 選定ガイドをご確認ください
• 試料要件ドキュメントをお読みください
• 依頼フォームにご記入ください

熱伝導率測定システムのレンタルについて

• 残念ながら、現在すべてのシステムのレンタルサービスは終了しています

強み

Hukseflux は熱伝導率測定の分野におけるリーダーです。私たちは次の価値を提供しています。

• アシスタンス：用途に最適なセンサーやシステムの選定をサポート
• 実績：多くのアプリケーションで豊富な経験
• グローバルサポート：主要国に専門スタッフを配置
• 国際規格への準拠：IEEE、ASTM など
• 優れた価格性能比
• トレーサビリティ：国際標準に基づく正式な計量トレーサビリティ
• トレーニングの提供