JP2001516043A - 表面上の液膜に応じて信号を発生させる方法及び装置 - Google Patents
表面上の液膜に応じて信号を発生させる方法及び装置Info
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Abstract
Description
する。更に、本発明は、表面上、特に通行用面上の液膜に応じて信号を発生させ
る装置、並びに、方法の使用、及び液体の氷点を算出する装置における装置の使
用に関する。
厚さに関する情報を与える信号を発生することは望ましい。これによって、いわ
ゆるハイドロプレーン現象(車両の車輪によっては最早排除されない、水膜の部
分のハイドロプレーニング)の危険性に関する情報が得られ、通行用面の使用者
への警告が発せられることができる。知られているように、ハイドロプレーン現
象の危険性は水膜の厚さが増大するに連れて増大する。EP-A-0 432 360からは、
水膜の厚さをマイクロ波の反射によって出来る限り正確に測定することが知られ
ている。しかし、この方法は労力がかかる。US-A-4 897 597から、水膜の厚さを
電気伝導度測定法によって算出することは知られている。しかし、このことは最
早満足すべき結果をもたらさない。DE-A-31 18 997、EP-A-0 045 106及びEP-A-3
62 173は液体の氷点を決定する方法を示しているが、水膜の厚さを決定するため
の方法は示していない。1997年8月29日の97巻8番の日本特許抄録は氷
膜の厚さの検出法を示している。そこでは、この厚さは、温度センサと、凍結す
る熱交換器用管との組立間隔(Montageabstand)によって検出される。
な方法を実行することが課題となっている。更に、対応の装置を製造することも
課題になっている。
よって解決される。
な測定によって、少なくとも、液膜の厚さがどの厚さ範囲にあるのかが、推測で
きることことが明らかとなった。通常は、液膜の厚さの、厚さ範囲又は分類への
こうした割当は、ハイドロプレーン現象に対する警告の目的のために十分である
。この方法は、より大きな評価労力が温度推移の評価の際に費やされるときに、
十分に正確に絶対厚さを算出することもできる。
によって解決される。
、ペルチエ素子の逆作動によって、液膜の冷却をも可能となる。従って、この装
置は、追加的に、EP-A-0 045 106又はEP-A-0 362 173に記載の方法に基づく液体
の氷点を決定するためにも用いることができる。
図で示している。ここでは、液膜の加熱のためにペルチエ素子が用いられる。こ
のことは例としてのみ理解されなければならない。何故ならば、液膜の加熱は、
原理的に、任意の熱源を用いて、例えば電気的な抵抗加熱装置を用いてなすこと
ができるからである。既述のように、加熱の代わりに、冷却もできる。しかし、
以下に、例として常に加熱が前提とされる。図1には、ペルチエ素子1がブロッ
クとして略示されている。ペルチエ素子には供給回路2から給電がなされ、供給
回路は、この実施の形態では、制御・評価回路3内にある。供給回路2は、例え
ば、定電流iを有する定電流電源でできる電源か、非定電であるが、知られた電
流路を有する電源を含んでいる。ペルチエ素子の熱側で発生させる熱QHは式Q
H=QC+U・iに基づいて生じる。但し、QCはペルチエ素子の冷却側から奪
い取られる熱を意味し、U及びiはペルチエ素子における電圧と電流を表わして
いる。TC及びTHは、夫々、ペルチエ素子の冷却側及び加熱側の温度である。
しかし乍ら、ペルチエ素子は、逆の電流方向の場合に、冷却のためにも用いるこ
とができる。何故ならば、そのとき冷却側と加熱側が交換されているからである
。
体11との間にペルチエ素子が挟まれていることを示している。不良熱伝導物質
製のハウジングブロック12と共に、複数の要素1,10及び11は、水膜が載
っている表面の下に地面用プローブの形で組み込むことができる装置13を構成
している。図示した実施の形態では、この目的では、種々の層を有する道路14
が略示されている。プローブ13は、プローブ13の表面18が、道路の表面1
9と同一平面に位置しているように、道路に組み込まれている。プローブの本体
10はこの場合地面領域又は道路の路床掘削部分に埋設されている。その目的は
、水膜17の加熱のために用いられる熱を、この領域から奪い取るためである。
ペルチエ素子1の上方に設置された熱伝導体11の、その表面15は、水膜の加
熱面である。プローブ13には、水膜が一体全体あるのか否かを電気伝導度測定
法によって決定することができる複数の電極4を設けることができる。このため
には、これらの電極4は対応の測定装置6に接続されており、この測定装置自体
は制御評価要素8、特にマイクロプロセッサ、制御評価装置3に接続されている
。このような電極は、プローブ13にでなく、道路の他の箇所にも設けることが
できる。更に、プローブには、同様に、液膜の温度を測定することができる温度
抵抗5が水膜17と接触している。通常、知られたPt100素子、あるいは熱
電対であるこの温度抵抗は、対応の測定回路7によって、同様にマイクロプロセ
ッサ8に接続されている。EP-A-0 362 173から公知のように、温度はペルチエ素
子によっても測定できる。
み理解されなければならない。プローブは、前述の如く、他種の加熱要素を含む
ことができ、他の方法で、水膜が載っているように意図されている表面の脇又は
表面の上方に設けることができる。このとき、プローブの表面は、観察されるべ
き表面上のと同じ水膜が、通常、プローブの表面上に生じるように、設けられて
いることに、注意が払われなければならない。評価装置及び制御装置は、当然、
実施の形態に示されたのとは異なって、構成されている、例えば、別々の要素か
ら構成されていてもよい。前述の如く、複数の電極4はプローブに設けられてい
なくてもよい。
る。この領域は本体11の表面15によっても形成され、図示した実施の形態で
は、直径Aを有する円形の領域を形成する。この領域15からプローブ13の沈
下していない表面18への移行部は、図示した実施の形態では、45度の角度で
傾斜している。加熱装置によって水膜17を加熱する際に、大まかな概算では、
直径Bを有する円形の領域にある水膜の、加熱がなされることが、前提となるこ
とができる。プローブ13の表面の低くなった領域は、例えば、0,5mmの深
さEOを有することができる。直径Aは14mm,直径Bは20mmであっても
よい。この窪みは、図3に略示されているように、水膜の厚さEに対する水膜の
容量Vの非線形の依存関係を生じさせる。プローブ3における窪みは水膜の厚さ
Eが非常に僅かな場合でも所定の水量を用いるためには好ましい。そうでない場
合には、水膜の厚さが非常に薄い場合に、水膜を加熱すると、水膜の気化が生じ
る、という危険性が生じる。気化により、意味のある測定が不可能となることが
ある。
のように処理がなされる。まず、複数の電極4が設置されている限りでは、電極
4により、抵抗測定手段を用いて、水が一体測定プローブ13にあるか否かが決
定されることは好ましい。この場合、非常に高いか又は無限の抵抗値は、プロー
ブの表面が乾いていること、を意味している。この場合、ペルチエ素子による加
熱は導入されず、プローブ13の出力信号又はプローブの制御・評価ユニットは
、水膜が全然存在していないこと、を示している。他方では、抵抗測定手段が、
液体の存在を表示する有限値を発生させるときは、加熱装置1,10,11が作
動される。水に供給されるエネルギは、4,185・103 Jkg−1K−1 である、水の比熱から生じる。但し、この場合、加熱の開始時に水が液状で存在
していることが前提となっている。このことが当て嵌まらないときは、氷の比熱
及び融解熱が考慮されなければならない。既知の容量に関しては、詳しくは、こ
の容量から与えられる、水膜の厚さに関しては、まず得られた概算では、時間の
関数における温度Tの、指数的な温度推移が前提となっている。この温度推移は
方程式
は加熱の時定数である。図4は対応の温度推移を略示している。本発明の観点で
は、水膜の厚さは正確な定量的な形で示されるのではなくて、水膜の実際の厚み
が存在する水膜の厚さ領域の表示によって定性となる。この理由から、水膜の加
熱の動的性質の正確な計算を実行する必要はない。しかし、水膜の厚さを正確に
示そうとするときは、正確な計算はできる。この計算のためには、水膜の熱伝導
度(温度勾配)と、水の対流、放射及び蒸発による空気と水の間の熱交換と、プ
ローブ内での熱損失と、ペルチエ素子及びアルミニウム部分11の性質とを認識
する必要がある。更に、純粋の水と塩溶液等の間の熱的性質における相違を考慮
する必要がある。
への水膜の厚さの区分を行なうことで、十分である。このことは、例えば、以下
の表に示すように、可能である。
燥が存在し、クラス2では通行用面のみが湿っており、クラス3乃至5には濡れ
た車道の種々の領域がある。このような区分は、通常、ハイドロプレーン現象に
対する意義ある警告のためには十分である。
る。
この瞬間に、システムは動的平衡にあり、放出される電力は加熱装置から供給さ
れる電力と同じである。温度上昇の推移は容量又は水膜の厚みに特徴的である。
図5は水膜の種々の厚さの3つの例を示している。曲線1は水膜の僅かな厚さを
、曲線2は水膜の中位の厚さを、曲線3は水膜の大きな厚さを表わしている。こ
の場合、図5の段階分けは、時間及び温度に関して、秒及び℃ではなく、任意の
単位で選択されている。曲線からは、加熱の際に夫々の曲線を引き起こした実際
の水膜が、水膜の厚さの領域のどのクラスに組み入れられなければならないかが
、評価装置を用いて導き出されるのである。当然ながら、図5の、示されてはい
ない具体的な段階分けに従って、曲線1を引き起こした水膜がクラス2又は3に
分類され、曲線2を引き起こした水膜がクラス3又は4に分類され、曲線3を引
き起こした水膜がクラス4又は5に分類されるだろう。図6は水膜の冷却の際の
対応の複数の曲線を示している。
温度センサ5の一連の記憶された温度測定値、しかも、マイクロプロセッサ8の
メモリにファイルされている温度測定値として用いられる。曲線は、当然ながら
、多かれ少なかれ多数の温度測定値によって示すことができる。第1の温度測定
値T0が加熱前か丁度加熱の際に形成されて、水膜の初期温度を示することは好
ましい。以下のように、異なった時間間隔で、温度測定値が得ることができる。
当然ながら、より多くの測定値がT0と漸近温度TAの到達との間の時間で記憶
される程、曲線が一層正確に決定できる。記憶された温度測定値を評価するため
に、評価装置3によって又はマイクロプロセッサによって、種々の公知の方法が
用いることができる。第1に、関数(2)によって測定値の近似計算ができ、こ
のことによって、測定値TA及びτが推論できる。これらの測定値自体は、加熱
された水領域の仮定された半径Bによって与えられている、加熱すべき水の容量
が定められている場合に、厚さEの関数である。近似法の他に、温度の上昇ΔT
が加熱の開始後の固定時間t*中に測定されることができる。ΔT*は以下のよ
うに表される。
表に記憶されていることができる。次に、曲線の評価によって、適切な、表にし
た数値が推論される。
の温度上昇ΔTXになるまでに必要とされる時間tXが、測定できる。方程式2
及び以下の方程式5及び6からは、次に、同様に、値TA及びτによって、水膜
の厚さEが算出できる。
号が評価装置から出力できる。
する方法が知られている。このような方法は前述のプローブによって同様に実行
されるので、車道の只1つのプローブによって、凍結した道路に対する警告及び
ハイドロプレーン現象に対する警告が発生できる。
る。次に、氷点を算出するために、溶解した氷を再度冷却できる。しかし、氷が
溶けるときに融点を算出できる。このことによって、氷点温度も知れる。しかし
乍ら、水膜の厚さ及び氷点を算出するための複数の別個のプローブも設けること
ができる。この場合、水膜の厚さを算出するための装置が氷点を算出するための
装置内に用いることは好ましい。水膜の厚さの情報(Kenntnis)は氷点の算出の際
に役立つ。何故ならば、単位面積当たりに用いられる融解剤(Taumittel)の量が 知られている場合、このことから、液体内の融解剤の濃度が推測できるからであ
る。
の略図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 表面(18,19)上、特に通行用面上の液膜(17)に応
じて信号を発生させる方法において、 加熱装置又は冷却装置(1,10,11)によって、液膜(17)の液体の一
部を加熱又は冷却すること、温度測定装置(5,7,8)によって、加熱又は冷
却された部分の温度の上昇又は低下を決定すること、及び評価装置(8)によっ
て液膜の厚さに関する値又は値域を温度の上昇又は低下に割り当て、信号として
出力することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記加熱装置又は冷却装置の付近には、前記表面(18,1
9)に対し沈下しており、かつ液体の加熱がなされる領域が設けられていること
、を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 加熱又は冷却の際に加熱力又は冷却力を一定に保つこと、を
特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 - 【請求項4】 常に、加熱又は冷却の開始前に又はその開始時に、液膜の初
期温度T0を決定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の方
法。 - 【請求項5】 加熱又は冷却の開始前に、液体の有無の試験を行なうこと、
及び液体が確認された後にのみ、前記加熱装置又は冷却装置を作動させることを
特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載の方法。 - 【請求項6】 表面(18,19)上、特に通行用面上の液膜(17)に応
じて信号を発生させる装置において、 前記液膜(17)の一部を加熱又は冷却することができる加熱装置又は冷却装
置(1,2,10,11)と、この加熱装置又は冷却装置によって加熱又は冷却
可能な前記液膜(17)の温度を算出するための温度測定装置(5,7,8)と
、前記加熱装置又は冷却装置及び前記温度測定装置を制御することができ、前記
温度測定装置の信号を評価することができる制御・評価装置(3)とが設けられ
ており、測定された温度の上昇又は低下に、前記液膜の厚さ又は厚さの範囲が割
り当てられ、信号として出力されることを特徴とする装置。 - 【請求項7】 この装置は、前記加熱装置の領域にある液体の有無を決定す
るための手段(4,6)、特に、電極装置を有することを特徴とする請求項6に
記載の装置。 - 【請求項8】 前記加熱装置又は冷却装置は一定の電力で作動される少なく
とも1つのペルチエ素子(1)を有することを特徴とする請求項6乃至8のいず
れか1に記載の装置。 - 【請求項9】 この装置は前記表面と同一平面に整列可能である表面(18
)を有し、前記液膜(17)は前記表面(19)と前記装置の表面(18)とを
均等に覆い、前記加熱装置又は冷却装置の領域では前記表面(18)に窪みが設
けられていることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1に記載の装置。 - 【請求項10】 請求項1の記載の方法の使用、及び前記表面上の液体の氷
点を表示する信号を発生させるための装置における請求項6に記載の装置の使用
。
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