JP2020525764A - 放射誤差が修正された外的環境の気温を計算するシステムおよび方法、ならびに、このシステムで使用可能なセンサ装置 - Google Patents

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Abstract

空気が通過するように設計された支持構造（１１）を含む、気温（Ｔ）を計算するセンサ装置。支持構造（１１）は空気入口（１３）および空気出口（１４）を有する座部（１２）を規定する。さらに、装置は座部（１２）を通過する外的環境（Ｅ）の検出された気温の、少なくとも一つの第一の温度（Ｔｓ１）、および、少なくとも一つの第二の温度（Ｔｓ２）を検出する、座部（１２）内部に配置されたセンサ手段（２０）を備える。第一の温度（Ｔｓ１）、および、第二の温度（Ｔｓ２）を検出するにあたり、それぞれ、第一の速度（Ｖ１）および第二の速度（Ｖ２）で空気が前記座部（１２）内部を通過するように構成され、センサ手段（２０）は第一の熱伝導係数（Ｈ１）および前記第二の熱伝導係数（Ｈ２）、ならびに、第一の放射束（ＰＲａｄ１）および第二の放射束（ＰＲａｄ２）を有する。比率（Ｖ１／Ｖ２）、比率（Ｈ１／Ｈ２）、または比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）が予め決定される。センサ装置は第一の値（Ｔｓ１）、第二の値（Ｔｓ２）、比率（Ｖ１／Ｖ２）および比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）により気温（Ｔ）を計算するデータ処理論理ユニット（５０）を用いて使用されてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は一般に気象学分野に適用され、特に、放射誤差が修正された（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ）外的環境の気温を計算するシステムおよび方法に関する。
本発明はさらに、このようなシステムで使用可能なセンサ装置に関する。
一般に、少なくとも一つの温度測定センサを備えた、屋外環境に配置されるように指定された気温検出装置が知られている。
知られているように、熱放射はこのような測定に影響を及ぼし、当該測定は結果としてセンサが示す値と実際の気温との間での差を必然的に伴う顕著な誤差によって影響される。かかる誤差は「放射誤差（ｒａｄｉａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ、輻射誤差）」として知られている。
これらを受けて、先行技術の装置は、少なくとも部分的にセンサの遮蔽を行うための箱型本体を提供している。
放射誤差の低減に顕著な効果を有する遮蔽を行うために、当該箱型本体は、空気の通過流が形成され、相当な寸法を有する特殊な構造を有する必要がある。
したがって、このような装置は、時に大きな放射誤差の影響を受けた値を算出することに加えて、多額の経費と相当に大型な全体寸法を示す。
本発明の目的は、きわめて機能的かつ安価な、放射誤差が修正された気温を計算するためのセンサ装置、方法および／またはシステムを提供することにより、上記の欠点を少なくとも部分的に克服することである。
本発明の別の目的は、きわめて短い応答時間で気温を計算するセンサ装置、方法および／またはシステムを提供することである。
本発明の更なる目的は、小型（ｓｍａｌｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）で、気温を計算するセンサ装置を提供することである。
本発明の別の目的は、正確かつ安価な方法で、気温を計算するシステムおよび／または方法を提供することである。
これ以降に、より明確にされるであろう他の目的と同様に、この目的は本明細書で説明、図示および／または請求される、かかるセンサ装置および方法を備えたセンサ装置、システムによって実現される。
従属請求項は、本発明の有利な実施形態を説明する。
本発明の更なる特性および有利な点は、添付図面を参照して非限定的例として図示された、本発明の好適な、しかし非排他的な実施形態の詳細な説明に照らして、より明確となろう。
図１は、システム１の概略図である。 図２は、センサ装置１０の異なる実施形態の、図式化された不等角投影図である。 図３は、センサ装置１０の異なる実施形態の、図式化された不等角投影図である。 図４は、センサ装置１０の異なる実施形態の、図式化された不等角投影図である。 図５は、センサ装置１０の異なる実施形態の、図式化された不等角投影図である。
前述の図面を参照すると、特に、例えば太陽放射などの熱放射（熱輻射）にさらされる外的環境Ｅの気温Ｔを計算するシステム１が説明されている。
システム１は、外的環境Ｅに置かれた少なくとも一つのセンサ装置１０、および、センサ装置１０によって検出されたデータを処理し、気温Ｔを計算するように、センサ装置１０に動作可能に接続された、少なくとも一つのデータ処理論理ユニット５０を備えてもよい。
装置１０は、例えば庭、テラスなどの外部環境に固定して置かれてもよく、または、例えばモバイル機器や自動車などに置かれてもよい。
データ処理論理ユニット５０はセンサ装置１０付近に配置されてもよく、または、当該センサ装置１０から遠隔に配置され、例えば無線接続などの方法で遠隔接続されてもよい。
センサ装置１０は、１またはそれ以上の温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３、好適には少なくとも２つの温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２を検出することができ、一方で、データ処理論理ユニット５０は、例えば値Ｔｓ１、Ｔｓ２、および場合によってはＴｓ３から開始して、もしくは他の値から始開始して、気温Ｔを計算することができる。以下にさらに詳述する。
仮に、これ以降に３つの温度の検出について説明されたとしても、検出される温度の数は、添付の請求項の保護範囲から逸脱することなく、最低２つの範囲を順守しながら変化する可能性があることは明らかである。
センサ装置１０は、外部環境Ｅの空気が通過するように指定された座部１２（ｓｅａｔ １２、取付機構１２）を含む支持構造１１を備えることができる。
具体的には、座部１２は、空気入口１３および空気出口１４を有する。例えば、支持構造１１は、実質的に円筒状または平行６面体形状であってもよく、一方で座部１２は実質的に長手方向に延伸した形状であってもよい。
座部１２の形状が、通過する外的環境Ｅの乱流を最小限に抑えるものであることは重要である。換言すると、外部環境Ｅの動作はできる限り層流であるべきである。
センサ装置１０は、座部１２内部に配置されたセンサ手段２０を適切に備え、座部１２を通過する空気の温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、および、場合によりＴｓ３を検出することができる。
本発明の具体的な態様に従うと、空気の各温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、および、場合によりＴｓ３は、対応する空気速度Ｖ１、Ｖ２、および、場合によりＶ３で検出されることができる。かかる速度Ｖ１、Ｖ２、および、場合によりＶ３は、それぞれが互いに異なってもよい。
センサ手段２０は、少なくとも一つの既定の位置に置かれた、少なくとも一つの温度センサ２１を備えることができる。
特に、図２に図示された第一の実施形態に従って、センサ手段２０はただ１つの温度センサ２１を備えることができる。
さらに、センサ装置１０は、座部１２の空気速度変更手段３０を、具体的にはセンサ２１の既定の位置に備えてもよい。例えば、手段３０は、座部１２の入口１３および／または出口１４に配置することのできる通風機やファンなどを含んでもよい。
空気速度を調整することができるように、空気速度変更手段３０上で動作する調整手段４０が適切に備えられることができる。
かかる特徴のおかげで、センサ２１は速度Ｖ１における温度値Ｔｓ１、速度Ｖ２における温度値Ｔｓ２を検出することができる。さらに、センサ２１は、速度Ｖ３における温度値Ｔｓ３を検出してもよい。
一方で、例えば図３および図４で示された異なる実施形態に従って、センサ手段２０は座部１２のそれぞれの既定位置に配置された複数のセンサ２１、２２、２３を備えることができ、それぞれの速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を有する空気におけるそれぞれの温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３を検出することができる。
この場合、支持構造１１は、センサ２１、２２、２３がすべて、同一の熱放射に実質的に暴露されるように構成されてもよい。
言い換えると、放射束Ｐｒａｄ（Ｒａｄｉａｎｔ ｐｏｗｅｒ、輻射出力）はすべてのセンサ２１、２２、２３に関して実質的に等しくてもよい。例えば、支持構造１１は全体が同一材料で作成されてもよく、一方で座部１２は実質的に連続した外側面（ｌａｔｅｒａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）を有していてもよい。
一方で、センサに影響を与える（ｉｍｐａｃｔ、衝突する）放射束Ｐｒａｄは、あらゆる場合において異なってもよいが、予め定められていてもよい。上記は後により分かりやすく概説される。
センサ２１、２２、２３は例えば熱電対または抵抗温度計（ＲＴＤ：抵抗温度検出器）といった任意のタイプのものであってもよく、きわめて小型にすることができる。
センサ２１、２２、２３は、好適には、互いにすべて同一であってもよい。
仮に、これ以降に互いに同一のセンサが説明されたとしても、センサは、添付の請求項の保護範囲から逸脱することなく、互いに異なってもよいことは明らかである。
センサ２１、２２、２３は、プリント基板（ＰＣＢ）または他の同様の装置上に搭載されてもよい。
座部１２は、温度Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３を検出したとき、各センサ２１、２２、２３での空気速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が互いに異なるように、適切に構成されることができる。
例えば、図３に示されているように、座部１２は実質的に筒状（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ−ｓｈａｐｅｄ、円筒状）であってもよく、センサ２１、２２、２３の位置での断面形状の変化を有していてもよい。言い換えると、座部１２は、空気が各センサ２１、２２、２３において各速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を有するように、互いに異なる断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有することができる。
座部１２は、場合によっては、既知の「ベンチュリ効果」を可能にする形状の構成を有することができ、また、センサ２１、２２は、互いに異なる速度Ｖ１、Ｖ２により、場合によっては、速度Ｖ１、Ｖ２の間の、予め決定された、かつ一定の比率により、空気がセンサに影響を与えるように配置されることができる。
各センサ２１、２２、２３における速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、座部１２の形状に起因して、および／または、速度および／または空気速度を変更するための手段３０の存在に起因して異なってもよいことは明らかである。
座部１２の形状および／または速度変更手段３０の存在が、異なる速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の取得を可能にすることが説明されているが、空気速度は、本願請求項の保護範囲から逸脱することなく、任意の方法で変更可能であろうことは明らかである。
さらに、座部１２の空気の運動は、前述の手段３０によって促進されることができる。または、センサ装置１０は、風によって影響を受けてもよく、センサ装置１０は例えば自動車などの移動可能な機器に搭載されてもよい。
いかなる場合にも、座部１２の形状は、通過する空気が最小限の乱流となる方法で選択されるという事実によって、座部１２の形状は、センサ２１、２２、２３に影響を与える速度の中から、比率Ｖ１／Ｖ２、Ｖ１／Ｖ３、Ｖ２／Ｖ３の値を予め決定することができる。
言い換えると、速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の単独の真の値を知ることは、必ずしも要求されない。当該値の間の比率を知ることで十分であり、この比率は座部１２の形状を一旦知れば、予め決定することが可能である。
例えば、比率値Ｖ１／Ｖ２は、センサ付近の空気の通過流の断面（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｆｌｏｗ ｓｅｃｔｉｏｎ、貫通流の断面積）の比率の逆数（ｉｎｖｅｒｓｅ、反比例）と等しく、すなわち、Ｖ１／Ｖ２＝Ｓ２／Ｓ１である。
一方で、最小限の乱流となる気流を保証するために、座部１２の形状は、速度比率の既定値から始まるセンサ２１、２２、２３の熱伝導係数の間の比率値Ｈ１／Ｈ２、Ｈ１／Ｈ３、Ｈ２／Ｈ３を予め決定することを可能とする。上記は後により分かりやすく概説される。
さらに、座部１２の構造は、センサ２１、２２、２３に影響を与える放射束の間の比率値ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１、ＰＲａｄ３／Ｐｒａｄ１、ＰＲａｄ３／Ｐｒａｄ２を予め決定することを可能とする。
これらを受けて、例えば、センサ２１、２２、２３において、座部１２は異なる厚さ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を有してもよく、または図５の構造を有してもよい。上記は後により分かりやすく概説される。
２つの検出温度値Ｔｓ１およびＴｓ２のみを検出するという単純化された仮説の中で、データ処理論理ユニット５０は、センサ装置１０の座部１２を通過する外的環境Ｅの空気の温度（気温）Ｔを計算することができる。放射誤差が修正されるデータ処理論理ユニット５０は、検出された温度値Ｔｓ１とＴｓ２から、比率ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１から、比率Ｖ１／Ｖ２から、および比率Ｈ１／Ｈ２から開始して、計算をすることができる。
センサ２１、２２、２３による３つの温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３を検出する場合、前述の計算は、前述の３つの速度、熱伝導係数、および比率値の中の、比率値（ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｖａｌｕｅｓ）から開始するように実行されることは明らかである。
システム１は、データ処理論理ユニット５０に動作可能に接続されたストレージユニット６０（記憶手段６０）を備えることができる。具体的には、ストレージユニット６０は、支持構造１１の付近に配置されるか、または遠隔に配置され、例えば無線接続などの方法でデータ処理論理ユニット５０と遠隔接続されてもよい。
速度Ｖ１、Ｖ２は、比率Ｖ１／Ｖ２などを迅速に計算できるように、場合によりストレージユニット６０に保存されてもよい。一方で、比率Ｖ１／Ｖ２、および、単独の速度ではない速度Ｖ１、Ｖ２は好適にはストレージユニット６０に保存することができる。
上記のように、温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、および、場合によりＴｓ３は、同一のセンサ２１、または異なるセンサ２１、２２によって検出されることができる。
以下に、２つのセンサを使用する場合の、データ処理論理ユニット５０によって実施可能な相関関係（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ）のいくつかの例が示されている。
かかる相関関係において、
Ｐｒａｄはセンサに入ってくる放射束（ｒａｄｉａｎｔ ｐｏｗｅｒ）を表しており、
Ｐｒａｄ＝ε×σ×（Ｔｉｒ）４＋Ｇ×Ｓ
ＩＲｏｕｔは、センサから出ていく放射を表しており；
ＩＲｏｕｔ１＝ε×σ×（Ｔｓ１）４；ＩＲｏｕｔ２＝ε×σ×（Ｔｓ２）４；
Ｈ１、Ｈ２＝対流熱伝導係数；
ε＝センサ表面の放射率；
σ＝ステファンボルツマン定数；
Ｔｉｒ＝センサから示される温度；
Ｇ＝太陽放射に関するセンサ表面の吸収係数；
Ｓ＝太陽放射の出力密度；
Ｔｓ１、Ｔｓ２＝センサによって検出される温度値；
ｍ＝変数；
Ｈ０＝変数、
である。
知られているように、センサから示される温度Ｔｉｒは、センサ上で照射される外部本体（ｉｒｒａｄｉａｔｅ ｏｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｂｏｄｙ）の温度である。
さらに、それ自体が既に知られた方法において、数式がＨ１／Ｈ２を使用するという事実により、必ずしも既知でなくてもよい変数Ｈ０は、センサの形状特性および熱力学的特徴に依存し、一方で変数ｍはセンサの形状特性および熱力学的特徴に依存するとともに、以下に説明される簡単な較正手順によって予め決定することが可能である。
例えば、変数ｍを決定するための較正手順は、特徴づけられるべきセンサを、比率について既知の２つの異なる速度で、２つの温度検出Ｔｓ１、Ｔｓ２を実行することにより、（既知かつ一定の）制御された温度による環境で一定の熱放射にさらすことである。
伝導係数Ｈ１、Ｈ２という表現は温度Ｔｓ１、Ｔｓ２のそれぞれの検出条件で、対流熱伝導係数を示すために使用される。
センサ２１、２２は、同一の流入する放射流（ＰＲａｄ１＝ＰＲａｄ２＝ＰＲａｄ および Ｋｒ＝ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１＝１）に実質的に暴露されてもよく、座部１２は、気体の座部１２への流入速度に関係なく、比率Ｖ１／Ｖ２および比率Ｈ１／Ｈ２が常に一定であるように構成されてもよく、一方でデータ処理論理ユニット５０は、以下の相関関係を使用して気体温度Ｔを計算することができる。すなわち、

Ｈ１×（Ｔｓ１−Ｔ）＝ＰＲａｄ−ＩＲｏｕｔ１ （１）、
Ｈ２×（Ｔｓ２−Ｔ）＝ＰＲａｄ−ＩＲｏｕｔ２ （２）、
Ｈ１／Ｈ２＝（Ｖ１／Ｖ２）ｍ （３）、

ここで、
Ｈ１＝Ｈ０×Ｖ１ｍ
Ｈ２＝Ｈ０×Ｖ２ｍ
である。
最初の２つの数式（１）および（２）は、センサ２１、２２の熱平衡の方程式を示し、一方で数式（３）は伝導係数比率Ｈ１／Ｈ２と比率Ｖ１／Ｖ２の間の関係を示している。変数ｍはストレージユニット６０に保存されてもよい。
比率Ｈ１／Ｈ２は、場合により、先に概説した相関関係によって気温Ｔを計算するように、ストレージユニット６０に保存されてもよい。
上記の数式（１）、（２）および（３）を使用して、データ処理論理ユニット５０は既知のＶ１、Ｖ２、ｍ、Ｔｓ１およびＴｓ２から温度Ｔを計算することができる。
一方で、速度Ｖ１、Ｖ２が既定の閾値よりも高い、例えばＶ１＞０．５ｍ／ｓ 及び Ｖ２＞０．５ｍ／ｓの場合、各出力放射ＩＲｏｕｔ１、ＩＲｏｕｔ２は、相関関係の他の条件と比較すると、実質的にごく小さな量となる。よって、温度Ｔは以下の単純な相関関係を用いて正確に計算することができる。すなわち、
Ｈ１×（Ｔｓ１−Ｔ）＝ＰＲａｄ （１ａ）、
Ｈ２×（Ｔｓ２−Ｔ）＝ＰＲａｄ （２ａ）、
Ｈ１／Ｈ２＝（Ｖ１／Ｖ２）ｍ （３）、
および、
Ｈ１／Ｈ２×（Ｔｓ１−Ｔ）＝（Ｔｓ２−Ｔ） （４）
である。
相関関係（３）、（４）は、温度Ｔの対流熱伝導係数Ｈ１／Ｈ２への依存、および、対流熱伝導係数Ｈ１／Ｈ２の速度Ｖおよび変数ｍへの依存を示している。当該変数は、上記と同様の方法で一度決定されれば、ストレージユニット６０に保存されてもよい。
データ処理論理ユニット５０は、数式（４）を使用して既知のＶ１、Ｖ２、ｍ、Ｔｓ１およびＴｓ２から温度Ｔを計算することができる。
温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３が各速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３で検出された場合、上記相関関係（１）、（２）、（３）および（４）に以下の相関関係を加えて、前述と同様の方法で、ＩＲｏｕｔ１、ＩＲｏｕｔ２、ＩＲｏｕｔ３を無視することなく、温度Ｔが決定されてもよい。
Ｈ３×（Ｔｓ３−Ｔ）＝ＰＲａｄ−ＩＲｏｕｔ３ （５）、
Ｈ１／Ｈ３＝（Ｖ１／Ｖ３）ｍ （６）、
／Ｈ２＝（Ｖ１／Ｖ３）ｍ （７）
前述された内容によって、この場合においても、気温Ｔは限られた数の検出された変数（Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３）と、保存されたおよび／または予め決定された変数（ｍおよび速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の間の比率）とを用いて計算することができる。さらに、上記の通り、これらの変数は、容易に、予め定めることができる。
具体的には、上記変数ｍを予め計算するために、センサ装置１０は既知の気温による制御された環境に置かれ、その結果、センサ２１、２２、場合により２３は、既知の各試験速度（または速度Ｖ１、Ｖ２、場合によりＶ３の間での比率）で、各温度Ｔｓ１、Ｔｓ２、場合によりＴｓ３を検出する。
場合により、座部１２は、対流熱伝導係数の間の比率Ｈ１／Ｈ２が一定となるよう、実質的には１に等しく、すなわち、対流熱伝導係数Ｈ１、Ｈ２が、座部１２への気体の流入速度に関係なく、互いに実質的に等しいように構成されてもよい。例えば、図２に示されているように、座部は一定の断面を有する実質的に円筒状の形状であってもよい。
より詳細には、比率Ｈ１／Ｈ２が１と等しい場合、センサの座部は、１ではない比率Ｋｒ＝ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１を予め決定するように構成され、、且つ、速度Ｖ１、Ｖ２が０．５ｍ／ｓよりも速くなるように構成され、気温Ｔは相関関係（４）に類似する以下の相関関係を用いて計算されてもよい。すなわち、
（Ｔｓ２−Ｔ）／（Ｔｓ１−Ｔ）＝Ｋｒ （８）
である。
以下の相関関係、すなわち、
（Ｔｓ２−Ｔ）／（Ｔｓ１−Ｔ）＝Ｋｒｈ （８ａ）
によると、好適には、比率Ｈ１／Ｈ２が１ではない場合、相関関係（９）は、変数Ｋｒが同一の比率Ｈ１／Ｈ２の逆数で乗算される限りは有効のままであってもよく、ここで、
Ｋｒｈ＝（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）×（Ｈ１／Ｈ２）
である。
変数ＫｒまたはＫｒｈは、ストレージユニット６０に保存されてもよく、および／または、変数ＫｒまたはＫｒｈは、本質的に既知の種類の手順を用いて予め決定してもよい。
変数Ｋｒは、各センサ２１、２２での放射束ＰＲａｄの比率によって定義することができる。すなわち、

Ｋｒ＝（ε×σ×（Ｔｉｒ１）４＋Ｇ×Ｓ１）／（ε×σ×（Ｔｉｒ２）４＋Ｇ×Ｓ２）
＝ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１ （９）

である。
かかる比率ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１は、センサ装置１０に影響を与える放射束ＰＲａｄに関係なく、適切に一定となる。
放射束ＰＲａｄの間の比率は既知であってもよく、および／または特別なユニット６０に保存されていてもよく、および、上記のように予め決定してもよい。
図５に概略的に示されているように、座部１２は、センサ２１に影響を与える放射束ＰＲａｄ１と、センサ２２に影響を与える放射束ＰＲａｄ２との間の比率、すなわちＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１を予め決定するように構成されることができる。
例えば、座部１２は、複数の孔１５’を含むゾーン１５、および、複数の孔１６’を含むゾーン１６を有する穿孔シールド構造（ｄｒｉｌｌｅｄ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有することができる。各ゾーン１５、１６の孔１５’、１６’の数は、互いに異なる既定の数とすることができる。
センサ２１および２２は、座部１２のゾーン１５および１６にそれぞれ適切に配置されてもよい。
したがって、ゾーン１５、１６は、それぞれの孔１５’、１６’の合計面積によって定義される通過流面積（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｆｌｏｗ ａｒｅａ、貫流領域）を有する。より具体的には、各ゾーン１５、１６は、それぞれが面密度Ｄを有することができ、これはすなわち、孔部分の表面、つまり前述の通過流面積と固体面積の間の比率である。具体的には、ゾーン１５の表面密度Ｄとゾーン１６の表面密度Ｄは予め決定されていてもよく、かつ、各放射束ＰＲａｄの間の比率と実質的に等しくてもよい。
換言すると、以下の相関関係が有効であってもよい：
ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１＝Ｄ２／Ｄ１ （１０）
場合により、すべての孔１５’、１６’が同一の表面を有しているとき、かかる比率は、各ゾーン１５、１６における孔１５’、１６の数の間の比率と実質的に等しくなってもよい。
比率ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１、ひいてはＫｒは、単独のセンサ２１、２２に影響を与える放射束ＰＲａｄの値を必ずしも知る必然性なく、かかる特徴のおかげで計算が可能となる。
かかる特徴のおかげで、面密度Ｄの間の比率Ｄ１／Ｄ２が最初に計算され、次いで比率ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１が相関関係（１０）を用いて計算され、さらに温度Ｔが相関関係（８）を用いて計算されてもよい。
放射束の間の比率ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１は、別の方法で計算されてもよいことは明らかである。換言すると、センサ装置１０は、放射束ＰＲａｄの一定の比率を予め決定するために適した本質的に既知の構造を含んでもよく、例えば、同一の穿孔密度だが、異なる直径、および／または異なる伝導程度、および／または反射率、および／または吸収度の孔を備えることによって特徴づけられたゾーン１５、１６を含んでもよい。
上記のとおり、温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３が各速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、および各放射束ＰＲａｄ１、ＰＲａｄ２、ＰＲａｄ３で検出された場合、温度Ｔは上記の相関関係のうち１または複数を使用した上記方法と同様の方法で、同様に決定される。
実際のところ、１または複数の変数を決定するための相関関係に適用するような、簡略化された仮説、および、２つの温度検出値Ｔｓ１、Ｔｓ２に関して説明された相関関係の確保は、温度値Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３が検出された場合、適切な修正をして同様に適用されてもよいことは明らかである。
本明細書は、速度比率をＶ１／Ｖ２、熱伝導係数比率をＨ１／Ｈ２、および、放射束比率をＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１として説明しているが、速度、熱伝導係数および放射出力が逆数である場合、すなわちＶ２／Ｖ１、Ｈ２／Ｈ１、およびＰＲａｄ１／ＰＲａｄ２である場合にも、温度Ｔが同様に計算されてもよいことは明らかである。
本発明は多くの修正および変更が可能だが、すべて添付の請求項の保護範囲に収まる。すべての詳細は、添付の請求項によって規定された保護範囲から逸脱することなく、他の技術的に同等な要素に差し替えることが可能であり、また、材料は技術的需要に応じて別のものとすることも可能である。

Claims (19)

  1. 例えば太陽放射のような熱放射にさらされる外的環境（Ｅ）に配置可能であり、そこにある空気が通過するように配置されたセンサ装置であって、前記センサ装置は、前記センサ装置による少なくとも一つの第一の温度値（Ｔｓ１）、および、少なくとも一つの第二の温度値（Ｔｓ２）の検出から開始し、続いて、かかる検出値の前記放射誤差の修正により、前記外部環境（Ｅ）の修正気温（Ｔ）を計算することが可能な、少なくとも一つのデータ処理論理ユニット（５０）を備えて使用可能であり、前記センサ装置（１０）は、
    − 前記外的環境（Ｅ）からの前記空気が通過するように指定された少なくとも一つの座部（１２）を備えた支持構造（１１）であって、前記少なくとも一つの座部（１２）が空気入口（１３）および空気出口（１４）を有することを特徴とする支持構造（１１）と、
    − 前記座部（１２）を通過する前記外的環境（Ｅ）の検出された前記気温の、前記少なくとも一つの第一の値（Ｔｓ１）と、前記少なくとも一つの第二の値（Ｔｓ２）とを検出する、前記座部（１２）の内部に配置されたセンサ手段（２０）と、を含み、
    前記座部（１２）は、前記外的環境（Ｅ）の検出された前記気温の前記少なくとも一つの第一の値（Ｔｓ１）と前記少なくとも一つの第二の値（Ｔｓ２）とを検出するとき、それぞれが第一の速度（Ｖ１）および第二の速度（Ｖ２）で前記座部（１２）を通過させるように構成されており、前記センサ手段（２０）は、第一の放射束（ＰＲａｄ１）および第二の放射束（ＰＲａｄ２）によって影響を受け、
    前記座部（１２）は、前記第一の速度（Ｖ１）と前記第二の速度（Ｖ２）の間の第一の比率（Ｖ１／Ｖ２）が予め決定されるように、前記座部（１２）を通過する前記外的環境（Ｅ）の前記空気の乱流を最小限とする形状を有し、且つ前記座部（１２）は、前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）と前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）の間の第三の比率（ＰＲａｄ２／Ｐｒａｄ１）が予め決定されるように、規定の構造をさらに有し、
    前記データ処理論理ユニット（５０）は、
    − 前記少なくとも一つの検出された第一の温度値（Ｔｓ１）と、前記少なくとも一つの検出された第二の温度値（Ｔｓ２）から、および、
    − 前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）と前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）の間の前記第三の比率（ＰＲａｄ２／Ｐｒａｄ１）から、および、
    − 前記第一の速度（Ｖ１）と前記第二の速度（Ｖ２）の間の前記第一の比率（Ｖ１／Ｖ２）から、
    開始して、前記座部（１２）を通過する前記外部環境（Ｅ）の前記修正気温（Ｔ）を計算することが可能となることを特徴とするセンサ装置。
  2. 前記センサ手段（２０）が少なくとも一つの温度センサ（２１）を備えており、
    前記少なくとも一つの温度センサ（２１）が前記第一の速度（Ｖ１）での前記少なくとも一つの第一の温度値（Ｔｓ１）と、前記第二の速度（Ｖ２）での前記少なくとも一つの第二の温度値（Ｔｓ２）とを検出するように、前記センサ装置（１０）が、前記座部（１２）内に空気速度変更手段（３０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  3. 前記空気の速度の調整を可能とするための、前記空気速度変更手段（３０）上で動作する調整手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
  4. 前記空気速度変更手段（３０）は、前記座部の前記入口（１３）および／または前記出口（１４）に配置された通風機またはファンを備えていることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のセンサ装置。
  5. 前記少なくとも一つの第一の温度センサ（２１）と前記少なくとも一つの第二の温度センサ（２２）が同一であるか、または、前記少なくとも一つの第一の温度センサ（２１）、前記少なくとも一つの第二の温度センサ（２２）、及び前記少なくとも一つの第三の温度センサ（２３）が互いに同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  6. 前記少なくとも一つの第一の温度センサ（２１）は、前記少なくとも一つの第一の温度値（Ｔｓ１）を検出するための第一の既定の位置に配置され、さらに、前記センサ手段（２０）は、前記少なくとも一つの第二の温度値（Ｔｓ２）を検出するための第二の既定の位置に配置された少なくとも一つの第二の温度センサ（２２）を備えることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
  7. 前記センサ手段（２０）が、第三の速度（Ｖ３）で検出された前記気温の少なくとも一つの第三の値（Ｔｓ３）を検出するための第三の既定の位置の前記座部（１２）に配置された、少なくとも一つの第三の温度センサ（２３）を備えており、前記座部（１２）は、前記第一の速度（Ｖ１）と前記第三の速度（Ｖ３）の間の比率（Ｖ１／Ｖ３）、および／または前記第一の速度（Ｖ１）と前記第三の速度（Ｖ３）の間の比率（Ｖ２／Ｖ３）が予め決定されるような形状を有していることを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
  8. 前記座部（１２）は、前記第一および前記第二の既定の位置で、または、前記第一、前記第二および前記第三の既定の位置で、第一および第二の通過流の断面（Ｓ１、Ｓ２）、または、第一、第二、および第三の通過流の断面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を有しており、前記通過流の断面は、前記空気が前記第一および前記第二の通過流の速度（Ｖ１、Ｖ２）、または前記第一、前記第二、および前記第三の通過流の速度（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）をそれぞれ有するように、互いに異なっていることを特徴とする請求項５、６または７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  9. 前記センサ手段（２０）が、第一および第二の熱伝導係数（Ｈ１、Ｈ２）を有しており、前記座部（１２）が、前記第一の熱伝導係数（Ｈ１）と前記第二の熱伝導係数（Ｈ２）の間の前記第二の比率（Ｈ１／Ｈ２）が実質的に１と等しくなるように一定の断面を有しており、前記座部が、１ではない比率Ｋｒ＝ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１を予め決定するように構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  10. 前記座部（１２）は、第一の通過流面積を定義する第一の複数の孔（１５’）を含むゾーン（１５）と、第二の通過流面積を定義する第二の複数の孔（１６’）を含むゾーン（１６）とを有しており、前記少なくとも一つの第一のセンサ（２１）と前記少なくとも一つの第二のセンサ（２２）とが、前記座部（１２）の前記第一のゾーン（１５）と前記第二のゾーン（１６）とにそれぞれ配置されており、前記第一の通過流面積と前記第二の通過流面積との間の比率が、前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）と前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）との間の前記第三の比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）を定義することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  11. 前記座部（１２）は、第一の材料で構成されている第一のゾーン（１５）と、前記第一の材料とは異なる第二の材料で構成されている第二のゾーン（１６）とを有しており、前記第一の材料の伝導率と第二の材料の伝導率の間の比率が、前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）と前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）との間の前記第三の比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）を定義することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  12. 前記座部（１２）は、第一の厚さ（１６）を有する第一のゾーン（１５）と、前記第一の厚さとは異なる厚さを有する第二のゾーンとを有し、前記第一の厚さと第二の厚さの間の比率は、前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）および前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）の間の前記第三の比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）を定義することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  13. 例えば太陽放射のような熱放射にさらされる外的環境（Ｅ）の、放射誤差が修正された、修正気温（Ｔ）を計算するシステムであって、前記センサ装置（１０）は、
    − 請求項１から１２のいずれか一項に記載の少なくとも一つのセンサ装置（１０）であって、外的環境（Ｅ）の空気が座部（１２）を通過し、前記外部環境（Ｅ）の少なくとも一つの第一の温度値（Ｔｓ１）と少なくとも一つの第二の温度値（Ｔｓ２）とを検出するように、前記外的環境（Ｅ）に配置されるかまたは配置することが可能である、センサ装置（１０）と、
    − 前記少なくとも一つのセンサ装置によって検出された、前記少なくとも一つの第一の温度値（Ｔｓ１）と前記少なくとも一つの第二の温度値（Ｔｓ２）との検出の放射誤差を修正することにより、前記外的環境（Ｅ）の前記修正気温（Ｔ）を計算するための、前記少なくとも一つのセンサ装置（１０）と動作可能に接続されるかまたは接続可能な、少なくとも一つのデータ処理論理ユニット（５０）と、
    を備え、
    前記データ処理論理ユニット（５０）は、
    − 前記少なくとも一つの検出された第一の温度値（Ｔｓ１）と、前記少なくとも一つの検出された第二の温度値（Ｔｓ２）から、および、
    − 前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）と前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）の間の前記第三の比率（ＰＲａｄ２／Ｐｒａｄ１）から、および、
    − 前記第一の速度（Ｖ１）と前記第二の速度（Ｖ２）の間の前記第一の比率（Ｖ１／Ｖ２）から、
    開始して、前記外部環境（Ｅ）の前記修正気温（Ｔ）を計算するようにプログラムされた、またはプログラム可能であることを特徴とするシステム。
  14. 前記センサ（２１、２２）は、前記同一の流入放射流に実質的に暴露され、前記データ処理論理ユニット（５０）は、以下の、
    Ｈ１×（Ｔｓ１−Ｔ）＝ＰＲａｄ−ＩＲｏｕｔ１ （１）、
    Ｈ２×（Ｔｓ２−Ｔ）＝ＰＲａｄ−ＩＲｏｕｔ２ （２）、
    Ｈ１／Ｈ２＝（Ｖ１／Ｖ２）ｍ （３）、

    ここで、
    Ｈ１＝Ｈ０×Ｖ１ｍ
    Ｈ２＝Ｈ０×Ｖ２ｍ

    および、

    ＰＲａｄ１＝Ｐｒａｄ２＝ＰＲａｄ＝ε×σ×（Ｔｉｒ）４＋Ｇ×Ｓ；
    ＩＲｏｕｔ１＝ε×σ×（Ｔｓ１）４；
    ＩＲｏｕｔ２＝ε×σ×（Ｔｓ２）４；
    Ｈ１、Ｈ２＝対流熱伝導係数；
    ε＝センサ表面の放射率；
    σ＝ステファンボルツマン定数；
    Ｔｉｒ＝センサから示される温度；
    Ｔｓ１、 Ｔｓ２＝センサによって検出される温度値；
    ｍ＝変数；
    Ｇ＝太陽放射に関するセンサ表面の吸収係数；
    Ｓ＝太陽放射の出力密度、
    との相関関係によって前記温度（Ｔ）を計算することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  15. 前記第一の速度（Ｖ１）と前記第二の速度（Ｖ２）は既定の閾値よりも大であり、例えばＶ１＞０．５ｍ／ｓ、および、Ｖ２＞０．５ｍ／ｓであり、前記データ処理論理ユニット（５０）は、前記温度Ｔを、

    Ｈ１×（Ｔｓ１−Ｔ）＝ＰＲａｄ （１ａ）
    Ｈ２×（Ｔｓ２−Ｔ）＝ＰＲａｄ （２ａ）
    Ｈ１／Ｈ２＝（Ｖ１／Ｖ２）ｍ （３）

    および

    Ｈ１／Ｈ２×（Ｔｓ１−Ｔ）＝（Ｔｓ２−Ｔ） （４）
    との相関関係を用いて計算することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記座部（１２）は、前記第二の比率（Ｈ１／Ｈ２）が１に等しく、前記第三の比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）が１と等しくなく、前記第一の速度（V1）および前記第二の速度（Ｖ２）が既定の閾値よりも大であり、例えばＶ１＞０．５ｍ／ｓ、および、Ｖ２＞０．５ｍ／ｓであるように構成されており、前記データ処理論理ユニット（５０）は、前記温度（Ｔ）を、

    （Ｔｓ２−Ｔ）／（Ｔｓ１−Ｔ）＝Ｋｒ （９）、

    ここで、
    Ｋｒ＝ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１

    という相対関係を用いて計算することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  17. 前記座部（１２）は、前記第二の比率（Ｈ１／Ｈ２）および、第三の比率（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）が１と等しくなく、前記第一および第二の速度（Ｖ１、Ｖ２）が既定の閾値よりも高く、例えばＶ１＞０．５ｍ／ｓ、およびＶ２＞０．５ｍ／ｓであり、前記データ処理論理ユニット（５０）は、前記温度（Ｔ）を、

    （Ｔｓ２−Ｔ）／（Ｔｓ１−Ｔ）＝Ｋｒｈ （９ａ）、

    ここで、
    Ｋｒｈ＝（ＰＲａｄ２／ＰＲａｄ１）＊（Ｈ１／Ｈ２）

    である相対性を用いて計算することができるように構成されることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
  18. 例えば太陽放射のような熱放射にさらされる外的環境（Ｅ）の、放射誤差を修正された、修正気温（Ｔ）を計算する方法であって、前記方法は、
    − 請求項１から１２のいずれか一項に記載の少なくとも一つのセンサ装置（１０）を提供するステップと、
    − 前記外的環境（Ｅ）の、第一の速度（Ｖ１）における少なくとも一つの第一の気温値（Ｔｓ１）と、第二の速度（Ｖ２）における少なくとも一つの第二の気温値（Ｔｓ２）を、前記少なくとも一つのセンサ装置（１０）の一部で検出するステップと、
    − 前記少なくとも一つの第一の検出された温度値（Ｔｓ１）と前記少なくとも一つの第二の検出された温度値（Ｔｓ２）とから、前記第一の放射束（ＰＲａｄ１）と前記第二の放射束（ＰＲａｄ２）の間の前記第三の比率（ＰＲａｄ２／Ｐｒａｄ１）とから、及び前記第一の速度（Ｖ１）と前記第二の速度（Ｖ２）の間の前記第一の比率（Ｖ１／Ｖ２）から、開始して前記座部（１２）を通過する前記外部環境（Ｅ）の前記修正気温（Ｔ）を計算するステップと、を含む方法。
  19. 前記計算のステップが請求項１３から１７の一または複数の項で規定された前記データ処理論理ユニット（５０）を用いて実行されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
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