JP2017044595A - 感温型風向風速計 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な回路構成をもつ感温型風向風速計を提供する。【解決手段】２つの発熱型抵抗素子５、６が気流が流れる方向において互いに近接配置される。２つの発熱型抵抗素子は気流により冷却される。風速はこの２つの発熱型抵抗素子の電気抵抗値の変化に基づいて検出される。上流側の発熱型抵抗素子５は気流を通じて下流側の発熱型抵抗素子６の冷却を抑制する。風向はこの２つの発熱型抵抗素子の電気抵抗値の変化の差に基づいて検出される。【選択図】図３

Description

本発明は風向風速計に関し、特に感温型風向風速計に関する。

種々の原理の風速計が知られているが、気流により冷却される抵抗器の電気抵抗値の変化に基づいて風速を検出する感温型風速計は製造コストの点で優れた市場競争性を有している。風量に相関を有する風速に加えて風向きも検出する風向風速計が内燃機関や人工呼吸器などにおいて提案されている。

特許文献１に記載された感温型風向風速計が図１を参照して説明される。気流が流れる風路管１内に感温型風速計４及び温度センサ２及び３が設けられている。矢印は気流が流れる方向である気流方向を示す。温度センサ２及び３は、気流方向に沿って感温型風速計４を挟んで配置されている。

所定電流が通電される感温型風速計４は気流を加熱するため、下流側の温度センサ３は上流側の温度センサ２よりも高い温度を検出する。風向きが反転すると、温度センサ３は温度センサ２よりも低い温度を検出する。言い換えれば、２つの温度センサ２及び３の検出温度を比較することにより、風向きが検出される。

しかしながら、この感温型風向風速計は従来の感温型風速計と比較して回路構成が大幅に複雑となるため、小型軽量化及び製造コスト低減の要求に応えることが困難であった。

特開２００３ー７５４６１号公報

本発明は小型軽量化及び製造コスト低減を実現可能な感温型風向風速計を提供することをその目的としている。

本発明の感温型風向風速計は、２つの発熱型抵抗素子うちの少なくとも一つの発熱型抵抗素子の電気抵抗値の変化に基づいて風速及び風向の両方を検出する。この２つの発熱型抵抗素子は風路管内に気流方向に互いに近接配置される。これにより、上流側の発熱型抵抗素子により気流温度が上昇するため、この気流による下流側の発熱型抵抗素子の温度低下は抑制される。言い換えれば、下流側の発熱型抵抗素子は上流側の発熱型抵抗素子よりも常に高い電気抵抗値をもつ。言い換えれば、従来の感温型風速計に用いられていた一つの発熱型抵抗素子を２分割して、分割された２つの発熱型抵抗素子の温度差（電気抵抗値の差）を追加検出することにより、風速に加えて風向も検出される。

したがって、本発明によれば簡素な構成をもつため、小型軽量化及び製造コスト低減を実現することができる。

従来の感温型風向風速計の一例を示す模式断面図である。 実施例１の感温型風向風速計を示す模式ブロック図である。 実施例２の感温型風向風速計を示す模式ブロック図である。 実施例３の感温型風向風速計を示す模式ブロック図である。 実施例４の感温型風向風速計を示す模式ブロック図である。

（実施例１）
第1実施例の感温型風向風速計が図２を参照して説明される。空気流が直管状の風路管１の一端開口から流入し、他端開口から流出している。２つの発熱型抵抗素子５及び６が気流方向に沿って互いに近接配置されている。発熱型抵抗素子５及び６は白金線で構成されているが、温度による電気抵抗値の変化が大きいサーミスタなどの半導体素子により構成されてもよい。図２によれば、発熱型抵抗素子５は発熱型抵抗素子６よりも上流側に配置されている。

発熱型抵抗素子５及び６は抵抗素子Ｒ１及びＲ２とともに抵抗ブリッジ回路７を構成している。抵抗素子Ｒ１及びＲ２の各一端は実質的に接地され、発熱型抵抗素子５及び６の各一端は定電流回路８から所定の定電流を供給されている。抵抗ブリッジ回路７の電圧降下は風速検出アンプ９により増幅されて図略のコントローラに送られる。さらに、抵抗ブリッジ回路７の差動出力電圧は差動アンプ１０により増幅されて図略のコントローラに送られる。

この感温型風向風速計の動作が以下に説明される。この実施例によれば、発熱型抵抗素子５及び６の抵抗値は互いに等しく、抵抗素子Ｒ１及びＲ２の抵抗値は互いに等しく設定されている。このため、風路管１内の風速がゼロである時、発熱型抵抗素子５及び６を流れる電流が等しくなり、差動アンプ１０の出力電圧の絶対値は原理的にはゼロとなる。また、発熱型抵抗素子５及び６の温度上昇により発熱型抵抗素子５及び６の電圧降下が大きくなり、風速検出アンプ９の出力電圧は増大する。

図２に示される空気流ａｉｒの風速が増大すると、発熱型抵抗素子５及び６の電気抵抗値は空気流による冷却により減少する。その結果、風速検出アンプ９の出力電圧が減少する。さらに、上流側の発熱型抵抗素子５により加熱された空気流が下流側の発熱型抵抗素子６の冷却を抑制するため、発熱型抵抗素子６は発熱型抵抗素子５よりも高い電気抵抗値をもつ。その結果、抵抗素子Ｒ１を流れる電流が抵抗素子Ｒ２を流れる電流より大きくなり、差動アンプ１０は大きな負電圧を出力する。

空気流の方向が逆転すると、上流側となった発熱型抵抗素子６により加熱された空気流が下流側となった発熱型抵抗素子５の冷却を抑制するため、発熱型抵抗素子６は発熱型抵抗素子５よりも低い電気抵抗値をもつ。その結果、抵抗素子Ｒ２を流れる電流が抵抗素子Ｒ１を流れる電流より大きくなり、差動アンプ１０は大きな正電圧を出力する。結局、差動アンプ１０の出力電圧により風向きを検出することができる。

（実施例２）
第２実施例の感温型風向風速計が図３を参照して説明される。この実施例によれば、実施例１の抵抗ブリッジ回路７を構成する発熱型抵抗素子６及び抵抗素子Ｒ１の位置を交換したものである。この実施例によれば、実施例１よりも風向き検出感度を向上することができる。

（実施例３）
第３実施例の感温型風向風速計が図４を参照して説明される。この実施例によれば、実施例１の抵抗ブリッジ回路７を構成する抵抗素子Ｒ１及びＲ２を発熱型抵抗素子５Ａ及び６Ａに変更した点に特徴がある。発熱型抵抗素子５Ａ及び６Ａは気流方向に沿って互いに近接配置されている。図４によれば、発熱型抵抗素子５及び５Ａは発熱型抵抗素子６及び６Ａよりも上流側に配置されている。図４の抵抗ブリッジ回路７によれば、発熱型抵抗素子５及び６Ａが直列接続され、発熱型抵抗素子５Ａ及び６が直列接続されている。

したがって、空気流が図４に示される方向へ流れる時に差動アンプ１０は正電圧を出力し、空気流が逆転すると差動アンプ１０は負電圧を出力する。この実施例によれば、実施例１及び２よりも風向き検出感度を向上することができる。この実施例の４つの発熱型抵抗素子５、５Ａ、６及び６Ａはたとえば一本の白金線により構成することができる。

（実施例４）
第４実施例の感温型風向風速計が図５を参照して説明される。図５に示される回路は、主として図２の回路に電流検出用の抵抗素子１１を追加した点にをその特徴がある。図２の定電流回路８は定電圧回路８Ａに変更される。

定電圧回路８Ａから出力される定電圧Ｖは抵抗ブリッジ回路７と抵抗素子１１とにより分割される。したがって、発熱型抵抗素子５及び６の抵抗値が風速変化により変化すると、風速検出アンプ９はそれを検出する。

一例において、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２及び１１は白金線により構成される。これにより、５つの抵抗素子の温度/抵抗特性が一致するため、気温変化による風速検出アンプ９の入力電圧の変動を低減することができる。

上記説明された各実施例の感温型風向風速計は、簡素な回路構成をもつため、製造コストを低減することができる。

Claims (4)

1. 気流が流れる風路管内の気流方向に沿って互いに近接配置されるとともに通電により発熱する２つの発熱型抵抗素子と、前記２つの発熱型抵抗素子の一方または両方の電気抵抗値に基づいて前記気流の風速乃至風量を検出し、さらに前記２の発熱型抵抗素子の電気抵抗値の差に基づいて前記気流の風向を検出することを特徴とする感温型風向風速計。
2. 前記検出回路は、前記２つの発熱型抵抗素子の電気抵抗値に基づいて前記風速乃至風量を検出し、かつ、前記２の発熱型抵抗素子の電気抵抗値の差に基づいて前記風向を検出する請求項１記載の感温型風向風速計。
3. 前記検出回路は、前記２つの発熱型抵抗素子を含む抵抗ブリッジ回路の電圧降下に基づいて前記風速を検出し、かつ、前記抵抗ブリッジ回路の差動出力電圧に基づいて前記風向を検出する請求項２記載の感温型風向風速計。
4. 前記風路管内に配置される第１、第３発熱型抵抗素子と、前記第１発熱型抵抗素子の下流側に近接配置される第２発熱型抵抗素子と、前記第３発熱型抵抗素子の下流側に近接配置される第４発熱型抵抗素子とを有し、
   前記抵抗ブリッジ回路は、前記４つの発熱型抵抗素子により本質的に構成されている請求項３記載の感温型風向風速計。

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