JP2021096084A - Measurement instrument - Google Patents
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Description
本発明の技術は、測定機器に関する。 The technique of the present invention relates to a measuring device.
従来、屋外の各種環境要素をタイムラグなしに計測することのできる環境計測装置が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この環境計測装置は、比較的広い範囲であるエリアの所定の環境要素を計測する計測手段を備えるエリア計測車と、このエリア計測車に積載可能に構成され、比較的狭い範囲であるスポットの環境要素を計測する計測手段を備えるスポット計測車とから構成されている。 Conventionally, there are known environmental measuring devices capable of measuring various outdoor environmental elements without a time lag (see, for example, Patent Document 1). This environmental measurement device includes an area measurement vehicle equipped with a measuring means for measuring a predetermined environmental element in a relatively wide area, and a spot environment which is configured to be loadable on the area measurement vehicle and has a relatively narrow range. It is composed of a spot measurement vehicle equipped with a measuring means for measuring an element.
また、所定の区域内の各種環境要素を高密度で容易に把握することのできる環境計測システムが知られている(例えば、特許文献2を参照。)。この環境計測システムは、環境要素の計測以外の目的で道路を移動する複数の車両と、車両に設けられ、環境要素を計測する計測手段と、位置データおよび時刻データを取得する位置時刻取得手段と、データ送信手段と、電源供給手段と、車両とは離れた場所に設けられ、計測データと位置データと時刻データとを関連付けて記録するサーバー手段とを有している。そして、この環境計測システムは、車両Bが環境要素の計測以外の目的で道路Rに沿って移動している間に、計測手段が環境要素を計測し、サーバー手段が計測データと位置データと時刻データとを関連付けて記録することにより区域内の環境要素を収集する。 Further, there is known an environmental measurement system capable of easily grasping various environmental elements in a predetermined area at high density (see, for example, Patent Document 2). This environmental measurement system includes a plurality of vehicles moving on the road for purposes other than measurement of environmental elements, measurement means provided in the vehicles for measuring environmental elements, and position / time acquisition means for acquiring position data and time data. It has a data transmission means, a power supply means, and a server means provided at a place away from the vehicle and recording measurement data, position data, and time data in association with each other. Then, in this environmental measurement system, while the vehicle B is moving along the road R for a purpose other than the measurement of the environmental element, the measuring means measures the environmental element, and the server means measures the measurement data, the position data, and the time. Collect environmental elements within the area by associating and recording data.
また、熱環境指数を計測する熱環境指数計測器が知られている(例えば、特許文献3を参照。)。この熱環境指数計測器は、白、黒、及びクロムメッキを各々表面処理した球と、気温センサとを備え、気温、風速、日射、及び周囲平均放射温度から環境指数を計算する。 Further, a thermal environment index measuring instrument for measuring a thermal environment index is known (see, for example, Patent Document 3). This thermal environment index measuring instrument is equipped with a sphere surface-treated with white, black, and chrome plating, and a temperature sensor, and calculates the environment index from the air temperature, wind speed, solar radiation, and ambient average radiation temperature.
また、地面の純放射量を精度よく評価することにより、路面温度予測又は路面凍結予測の予測精度を向上させる地面熱収支算出装置が知られている(例えば、特許文献4を参照。)。この地面熱収支算出装置は、観測車に搭載され、温度計及び放射温度計から、路面温度予測又は路面凍結予測を行う。 Further, there is known a ground heat balance calculation device that improves the prediction accuracy of road surface temperature prediction or road surface freezing prediction by accurately evaluating the net radiation amount of the ground (see, for example, Patent Document 4). This ground heat balance calculation device is mounted on an observation vehicle and predicts road surface temperature or road surface freezing from a thermometer and a radiation thermometer.
また、熱環境に関する情報を取得するためのウェアラブル計測システムが知られている(例えば、非特許文献1〜5を参照。)。例えば、非特許文献1のウェアラブル計測システムは、短波放射、長波放射、及び風速を求めるためのグローブ風速放射センサ(例えば、非特許文献1の「1.グローブ風速・放射センサ」の部分を参照。)と、気温センサと、湿度センサとを備えており、これらの各センサによって検出された情報に基づき、熱環境に関する指標を計算する。 Further, a wearable measurement system for acquiring information on a thermal environment is known (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 5). For example, for the wearable measurement system of Non-Patent Document 1, refer to the portion of “1. Globe wind speed / radiation sensor” of Non-Patent Document 1 for obtaining short wave radiation, long wave radiation, and wind speed. ), A temperature sensor, and a humidity sensor, and the index related to the thermal environment is calculated based on the information detected by each of these sensors.
上記非特許文献1〜5に記載のウェアラブル計測システムは、人が持ち運べるような構成となっている。しかし、このウェアラブル計測システムは気温センサを備えており、気温センサは、周囲からの放射の影響を除外し、かつセンサへ空気を通風するためのファンモーター(以下,通風装置)を備える強制通風筒の中に設置されなければ気温を正確に測定することができない。 The wearable measurement system described in Non-Patent Documents 1 to 5 is configured to be portable by a person. However, this wearable measurement system is equipped with a temperature sensor, which is a forced ventilation tube equipped with a fan motor (hereinafter referred to as a ventilation device) for excluding the influence of radiation from the surroundings and for ventilating air to the sensor. If it is not installed inside, the temperature cannot be measured accurately.
このため、上記非特許文献1〜5のウェアラブル計測システムを人が持ち運ぶ際には、強制通風筒と通風装置に必要なバッテリーも持ち運ぶ必要があり、それらの大きさと重量は持ち運びの際に邪魔になるものであった。このため、従来のウェアラブル計測システムは簡易に持ち運ぶことができない、という課題がある。また、短波放射、風速の測定精度に比べ、長波放射の測定精度が劣っており、熱環境に関する指標を算出する上での精度低下に繋がっていた。 Therefore, when a person carries the wearable measurement system of Non-Patent Documents 1 to 5, it is necessary to carry the forced ventilator and the battery required for the ventilation device, and their size and weight interfere with the carrying. It was. Therefore, there is a problem that the conventional wearable measurement system cannot be easily carried. In addition, the measurement accuracy of long wave radiation is inferior to the measurement accuracy of short wave radiation and wind speed, which leads to a decrease in accuracy in calculating an index related to the thermal environment.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易に持ち運ぶことができる機器によって熱環境に関する情報を取得するとともにその算出精度を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to acquire information on a thermal environment by a device that can be easily carried and to improve the calculation accuracy thereof.
本開示の第一態様は、第1の黒球温度計と、熱源を備えた第2の黒球温度計と、第1の黒球温度計の球及び第2の黒球温度計の球とは異なる放射特性を有する球を備えた球温度計と、長波放射計と、を備える、熱環境に関する情報を測定するための測定機器である。 The first aspect of the present disclosure includes a first black sphere thermometer, a second black sphere thermometer provided with a heat source, a sphere of a first black sphere thermometer, and a sphere of a second black sphere thermometer. Is a measuring device for measuring information about a thermal environment, which comprises a sphere thermometer having spheres having different radiation characteristics and a long wave radiant meter.
本発明によれば、簡易に持ち運ぶことができる機器によって熱環境に関する情報を取得することができ、かつ、熱環境に関する指標の算出精度が向上する、という効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain information on the thermal environment by a device that can be easily carried, and it is possible to obtain the effect that the calculation accuracy of the index related to the thermal environment is improved.
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same or equivalent components and parts in each drawing. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
(測定機器の構成) (Configuration of measuring equipment)
図1は、本発明の実施形態に係る測定機器の概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
図1に示されるように、本実施形態の測定機器10は、第1の黒球温度計の一例である黒球温度計12と、熱源を備えた第2の黒球温度計の一例である加熱黒球温度計14と、黒球温度計12の黒球及び加熱黒球温度計14の黒球とは異なる放射特性を有する白球を備えた球温度計の一例である白球温度計16と、長波放射量を計測するための長波放射計18と、演算装置20とを有している。なお、測定機器10は、湿度を測定するための湿度計(図1では図示省略)を備えている。演算装置20は、黒球温度計12と、加熱黒球温度計14と、白球温度計16と、長波放射計18と、湿度計19と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
黒球温度計12は、上記非特許文献1に示されている「黒グローブ温度センサ」と同様の構成である。また、白球温度計16は、上記非特許文献1に示されている「白グローブ温度センサ」と同様の構成である。
The
なお、本実施形態の加熱黒球温度計14は、上記非特許文献1に示されている「加熱黒グローブ温度センサ」とは異なる構成となっている。
The heated
上記非特許文献1に示されている「加熱黒グローブ温度センサ」には、球内の上面に熱源が配置されており、更に、球の表面に4つの温度センサが配置されている。このような構成を実現するためにはコストがかかる。具体的には、「加熱黒グローブ温度センサ」を実現するためには、黒球の加工が難しくさらなる小型化、および量産が困難である、という課題がある。 In the "heated black globe temperature sensor" shown in Non-Patent Document 1, a heat source is arranged on the upper surface of the sphere, and four temperature sensors are further arranged on the surface of the sphere. It is costly to realize such a configuration. Specifically, in order to realize a "heated black glove temperature sensor", there is a problem that it is difficult to process a black sphere, further miniaturization, and mass production are difficult.
そこで、本実施形態では、加熱黒球温度計14の黒球に対して溝を設け、その溝に電熱線を巻き付ける。黒球に対して溝を設ける加工は、黒球の上面に熱源を配置するための加工及び黒球の表面に温度センサを配置するための加工に比べて容易であるため、加熱黒球温度計14の黒球のさらなる小型化、量産が可能となる。
Therefore, in the present embodiment, a groove is provided in the black globe of the heating
このため、図1に示されるように、本実施形態の加熱黒球温度計14は、熱源としての電熱線14Aを備えている。具体的には、図1に示されるように、加熱黒球温度計14の黒球には、電熱線14Aが巻き付けられている。また、加熱黒球温度計14の黒球には、溝が形成されており、電熱線14Aが容易に巻き付けられるような構成となっている。
Therefore, as shown in FIG. 1, the heating
更に、加熱黒球温度計14の黒球に巻き付けられる電熱線14Aは、抵抗温度係数が所定の閾値よりも小さい電熱線である。電熱線14Aとしては、例えば、ニッケルクロム電熱線に含まれるNiの一部をAlとその他の添加元素に置き換えた電熱線であるカーマロイ(登録商標)線が用いられる。カーマロイ(登録商標)線は適度な強度を有しているため、加熱黒球温度計14への巻き付けが容易となる。
Further, the
なお、加熱黒球温度計14は上記仕様に限らない。球形で電流供給型の温度センサ(例えば、サーミスタや白金温度センサ)を用いるなら、供給電流を調整しセンサを自己加熱させることで加熱黒球温度計14を作成することができる。
The heated
長波放射計18は、長波放射量Lを計測する。なお、図1に示されるように、長波放射計18は、長波放射量Lを計測するための計測面を3面以上備える。
The
図2は、実施形態の演算装置20のハードウェア構成を示すブロック図である。図2に示されるように、実施形態の演算装置20は、CPU(Central Processing Unit)21、ROM(Read Only Memory)22、RAM(Random Access Memory)23、ストレージ24、入力部25、表示部26及び通信インタフェース(I/F)27を有する。各構成は、バス29を介して相互に通信可能に接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the
CPU21は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU21は、ROM22又はストレージ24からプログラムを読み出し、RAM23を作業領域としてプログラムを実行する。CPU21は、ROM22又はストレージ24に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。本実施形態では、ROM22又はストレージ24には、入力装置より入力された情報を処理する各種プログラムが格納されている。
The
ROM22は、各種プログラム及び各種データを格納する。RAM23は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ24は、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)等により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
The
入力部25は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。
The
表示部26は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部26は、タッチパネル方式を採用して、入力部25として機能しても良い。
The
通信I/F17は、入力装置等の他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI、Wi−Fi(登録商標)等の規格が用いられる。 The communication I / F17 is an interface for communicating with other devices such as an input device, and standards such as Ethernet (registered trademark), FDDI, and Wi-Fi (registered trademark) are used.
次に、演算装置20の機能構成について説明する。
Next, the functional configuration of the
図3に示されるように、演算装置20は、機能的には、情報取得部30と、情報記憶部32と、演算部34とを有している。
As shown in FIG. 3, the
情報取得部30は、黒球温度計12によって計測された黒球の温度と、加熱黒球温度計14によって計測された加熱黒球の温度と、白球温度計16によって計測された白球の温度と、長波放射計18によって計測された赤外放射量と、湿度計19によって計測された湿度とを逐次取得する。そして、情報取得部30は、取得した各情報を情報記憶部32へ逐次格納する。
The
情報記憶部32には、各種センサによって各時刻に測定された情報が格納される。
The
演算部34は、黒球温度計12により計測された黒球の温度と、加熱黒球温度計14により計測された加熱黒球の温度と、白球温度計16により計測された白球の温度と、長波放射計18によって計測された長波放射量Lとに基づいて、短波放射量Sと風速Uと気温Taとを算出する。長波放射量Lと、短波放射量Sと、風速Uと、気温Taとは、熱環境に関する情報の一例である。
The
本実施形態による熱環境に関する情報の取得方法と、上記非特許文献1〜4の従来技術による熱環境に関する情報の取得方法との差異を以下の表に示す。なお、以下の表における「B」は黒球温度計12を表し、「BH」は加熱黒球温度計14を表し、「W」は白球温度計16を表す。
The following table shows the difference between the method for acquiring information on the thermal environment according to the present embodiment and the method for acquiring information on the thermal environment according to the prior art of Non-Patent Documents 1 to 4. In the table below, "B" represents a
上記非特許文献1〜4の従来技術と本実施形態とにおいては、加熱黒球温度計14により計測された黒球の温度Tg1と、黒球温度計12により計測された黒球の温度Tg2と、白球温度計16により計測された白球の温度Tg3とを用いて、風速U及び短波放射量Sを算出する点は共通している。
In the prior art of Non-Patent Documents 1 to 4 and the present embodiment, the temperature T g1 of the black globe measured by the heated
一方で、上記非特許文献1〜4の従来技術では、黒球温度計12により計測された黒球の温度Tg2と、白球温度計16により計測された白球の温度Tg3とを用いて長波放射量を計算するのに対し、本実施形態では長波放射計18によって長波放射量Lを取得する。
On the other hand, in the prior art of Non-Patent Documents 1 to 4, a long wave is used by using the temperature T g2 of the black bulb measured by the
このため、長波放射計18により直接長波放射量Lを計測することができるため、上記非特許文献1に記載があるような長波放射量の測定ノイズの影響が低減され、精度の良い長波放射量Lを取得することができる。これにより、精度の良い状態の長波放射量Lを用いて、後述する気温Taを精度良く計算することができる。
Therefore, since the long-wave radiation amount L can be directly measured by the long-
また、上記非特許文献1〜4の従来技術では、強制通風筒に覆われた気温計を用いて気温を計測するのに対し、本実施形態では、黒球温度計12により計測された黒球の温度Tg2と、白球温度計16により計測された白球の温度Tg3とを用いて気温Taを計算する。これにより、強制通風筒に覆われた気温計を備えることなく、熱環境に関する情報の一例である、長波放射量L、短波放射量S、風速U、及び気温Taを取得することができる。このため、本実施形態の測定機器10を人が携帯する際には簡易に持ち運ぶことができる。
Further, in the prior arts of Non-Patent Documents 1 to 4, the air temperature is measured by using a thermometer covered with a forced ventilation cylinder, whereas in the present embodiment, a black globe measured by a
以下、具体的に説明する。 Hereinafter, a specific description will be given.
演算部34は、以下の式(1a)、(1b)、及び(1c)に示す球の熱収支方程式を用いて、熱伝導率hを計算する。加熱黒球温度計14の黒球の熱収支方程式は、以下の式(1a)である。また、黒球温度計12の黒球の熱収支方程式は、以下の式(1b)である。また、白球温度計16の白球の熱収支方程式は、以下の式(1c)である。
The
上記式(1a)におけるTg1は加熱黒球温度計14により計測される黒球の温度であり、Hinputは黒球に付与される熱量である。また、上記式(1b)におけるTg2は黒球温度計12により計測される黒球の温度である。また、上記式(1c)におけるTg3は白球温度計16により計測される白球の温度である。アルベドαb,放射率εbは黒球の放射特性を表すパラメータであり、アルベドαw,放射率εwは白球の放射特性を表すパラメータである。σはステファン・ボルツマン定数である。Cは球の熱容量であり、予め設定される。なお、Hinputの与え方は2通りある。Hinputを一定熱量とし、Tg1を変動させる方法(定電力手法)と、(Tg1‐Tg2)を一定温度とするようにHinputを制御する場合(定温度手法)である。
T g1 in the above formula (1a) is the temperature of the black globe measured by the heated
アルベド及び射出率を予め同定しておけば、放射特性の等しい2球の球熱収支方程式(1a)と(1b)の差を取ることにより、熱伝導率hのみを未知変数とする以下の支配方程式(2)が求まる。 If the albedo and the injection rate are identified in advance, the following rule that only the thermal conductivity h is an unknown variable by taking the difference between the ball heat balance equations (1a) and (1b) of two balls having the same radiation characteristics. Equation (2) can be obtained.
このため、演算部34は、加熱黒球温度計14により計測された加熱黒球の温度Tg1と、黒球温度計12により計測された黒球の温度Tg2とを情報記憶部32から読み出す。
Therefore, the
そして、定電力手法では、演算部34は、温度Tg2と温度Tg1とに基づいて、上記式(2)に従って、熱伝導率hを計算する。定温度手法では、温度Tg2と温度Tg1に加えて、Hinputの測定も必要とし、それら3変数より熱伝導率hを計算する。
Then, in the constant power method, the
次に、演算部34は、例えば、上記非特許文献4に記載されている方法に従って、既に計算した熱伝導率hから風速Uを計算する。
Next, the
次に、演算部34は、白球温度計16により計測された白球の温度Tg3と、長波放射量Lとを情報記憶部32から読み出す。そして、演算部34は、上記式(1b)及び上記式(1c)に、既に計算した熱伝導率hと、黒球温度計12により計測された温度Tg2と、白球温度計16により計測された温度Tg3と、長波放射計18により計測された長波放射量Lとを代入することにより、2元連立熱収支式の解として、短波放射量S及び気温Taを計算する。
Next, the calculation unit 34 reads out the temperature T g3 of the white sphere measured by the
これにより、熱環境に関する情報としての、長波放射量L、短波放射量S、風速U、及び気温Taが得られたことになる。 As a result, the long wave radiation amount L, the short wave radiation amount S, the wind speed U, and the air temperature Ta are obtained as information on the thermal environment.
次に、演算部34は、既に得られた長波放射量L、短波放射量S、風速U、及び気温Taと、湿度計19により計測された湿度と、人の着衣量及び代謝量とに基づいて、既知の方法に従って、生物が感じる暑さに関する体感指標の一例である標準新有効温度SET*(Standard Effective Temperature)を算出する。なお、着衣量及び代謝量はセンサ等によって取得されてもよいし、予め設定された値を用いても良い。
Next, the
そして、演算部34は、標準新有効温度SET*を表示部26へ出力する。
Then, the
表示部26は、演算部34から出力された標準新有効温度SET*を表示する。測定機器10を携帯しているユーザは、表示部26に表示された標準新有効温度SET*を確認する。
The
次に、測定機器10の作用について説明する。
Next, the operation of the measuring
測定機器10がユーザによって携帯され、黒球温度計12により黒球の温度Tg2が計測され、加熱黒球温度計14により加熱された加熱黒球の温度Tg1が計測され、白球温度計16により白球の温度Tg3が計測され、長波放射計18により長波放射量Lが計測され、湿度計19により湿度が計測される。そして、演算装置20の情報取得部30は、各センサによって計測された各情報を情報記憶部32へ逐次格納する。
The measuring
図4は、測定機器10の演算装置20による情報処理の流れを示すフローチャートである。CPU21がROM22又はストレージ24から情報処理プログラムを読み出して、RAM23に展開して実行することにより、情報処理が行なわれる。
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of information processing by the
ステップS50において、演算部34は、情報記憶部32に格納された、黒球の温度Tg2、加熱黒球の温度Tg1、白球の温度Tg3、長波放射量L、及び湿度を読み出す。
In step S50, the
ステップS52において、演算部34は、上記ステップS50で読み出された黒球の温度Tg2及び加熱黒球の温度Tg1に基づいて、上記式(2)に従って、熱伝導率hを計算する。
In step S52, the
ステップS54において、演算部34は、上記ステップS52で計算された熱伝導率hに基づいて、上記非特許文献4に記載されている方法に従って、熱伝導率hから風速Uを計算する。
In step S54, the
ステップS56において、演算部34は、上記式(1b)及び上記式(1c)に、上記ステップS52で計算した熱伝導率hと、上記ステップS50で読み出された温度Tg2、温度Tg3、及び長波放射量Lを代入することにより、短波放射量S及び気温Taを計算する。
In step S56, the
ステップS58において、演算部34は、上記ステップS50で読み出された長波放射量L及び湿度と、上記ステップS54で計算された風速Uと、上記ステップS56で計算された短波放射量S及び気温Taと、測定機器10を携帯している人の着衣量及び代謝量とに基づいて、既知の方法に従って、標準新有効温度SET*を算出する。
In step S58, the
ステップS60において、演算部34は、上記ステップS58で算出された標準新有効温度SET*を結果として出力して、情報処理ルーチンを終了する。
In step S60, the
表示部26は、演算部34から出力された標準新有効温度SET*を表示する。測定機器10を携帯しているユーザは、表示部26に表示された標準新有効温度SET*を確認する。
The
以上のように、本実施形態の測定機器は、黒球温度計と、熱源を備えた加熱黒球温度計と、黒球温度計の球及び加熱黒球温度計の球とは異なる放射特性を有する球を備えた白球温度計と、長波放射計と、を備える。これにより、簡易に持ち運ぶことができる機器によって熱環境に関する情報を取得することができる。具体的には、強制通風筒を備えた気温計を備える必要がなくなるため、本実施形態の測定機器は携帯性に優れる。 As described above, the measuring device of the present embodiment has different radiation characteristics from the black sphere thermometer, the heated black sphere thermometer provided with a heat source, the sphere of the black sphere thermometer, and the sphere of the heated black sphere thermometer. A white sphere thermometer having a sphere and a long wave radiant meter are provided. As a result, information on the thermal environment can be obtained by a device that can be easily carried. Specifically, since it is not necessary to provide a thermometer provided with a forced ventilation tube, the measuring device of the present embodiment is excellent in portability.
また、本実施形態の測定機器の加熱黒球温度計の加熱黒球には溝が形成されており、電熱線が巻き付けられるように構成されている。このような構成は加工が容易であるため、本実施形態の加熱黒球は容易に量産することができる。 Further, a groove is formed in the heating black globe of the heating black globe thermometer of the measuring device of the present embodiment, and the heating wire is configured to be wound around the heating black globe. Since such a configuration is easy to process, the heated black globe of the present embodiment can be easily mass-produced.
また、上記非特許文献1〜5の従来の加熱黒球は、熱源を上面に設置する必要があったため小型化に限界があった。これに対し、本実施形態の加熱黒球は、熱源である電熱線を巻き付けることが可能な構成となっているため更なる小型化が可能となる。 Further, the conventional heated black globes of Non-Patent Documents 1 to 5 have a limit in miniaturization because the heat source needs to be installed on the upper surface. On the other hand, the heating black globe of the present embodiment has a configuration in which a heating wire, which is a heat source, can be wound, so that the size can be further reduced.
図5に、本実施形態の測定機器10の利用形態の一例を示す。図5に示されるように、ユーザUが測定機器10を持ち運び、各箇所の熱環境に関する情報を取得するような利用形態が想定される。または、図5に示されるように、ある特定の箇所に測定機器10を設置し、当該箇所の熱環境に関する情報を取得するような利用形態が想定される。
FIG. 5 shows an example of the usage mode of the measuring
<実施例> <Example>
次に、上記実施形態に対応する実験結果を実施例として説明する。 Next, the experimental results corresponding to the above embodiments will be described as examples.
<実施例1> <Example 1>
実施例1では、市販の各種センサの計測値から得られる各種値と、本実施形態に係る測定機器の計測値から得られる各種値とを比較した。 In Example 1, various values obtained from the measured values of various commercially available sensors were compared with various values obtained from the measured values of the measuring device according to the present embodiment.
図6には、市販の超音波気温センサの計測値である気温Ta(グラフ中の「Ta by ultra sonic」)と、本実施形態に係る測定機器によって得られた気温Ta(グラフ中の「proposed sensor」)と、市販の強制通風式気温センサにより計測された気温Ta(グラフ中の「Ta by reference sensor」)とが示されている。図6のグラフの横軸の値である、市販の強制通風式気温センサにより計測された気温Ta(グラフ中の「Ta by reference sensor」)が参照値となる。 FIG. 6 shows the air temperature Ta (“Ta by ultra sonic” in the graph), which is a measured value of a commercially available ultrasonic temperature sensor, and the air temperature Ta (“proposed” in the graph) obtained by the measuring device according to the present embodiment. The sensor ”) and the air temperature Ta (“Ta by reference sensor” in the graph) measured by a commercially available forced ventilation type air temperature sensor are shown. The value on the horizontal axis of the graph of FIG. 6 is the air temperature Ta (“Ta by reference sensor” in the graph) measured by a commercially available forced ventilation type air temperature sensor as a reference value.
図6に示されるように、市販の超音波気温センサにより計測された気温Taよりも、本実施形態に係る測定機器により計算された気温Taの方が、市販の強制通風式気温センサにより計測された気温Taと良く一致していることがわかる。このため、本実施形態に係る測定機器により気温Taが精度良く得られていることがわかる。 As shown in FIG. 6, the air temperature Ta calculated by the measuring device according to the present embodiment is measured by the commercially available forced ventilation type air temperature sensor rather than the air temperature Ta measured by the commercially available ultrasonic air temperature sensor. It can be seen that the temperature is in good agreement with Ta. Therefore, it can be seen that the temperature Ta is accurately obtained by the measuring device according to the present embodiment.
また、図7には、熱中症評価指標であるSET*についての実験結果を示す。図7のグラフの横軸は、SET*計算に必要な気象値全て(気温、湿度、風速、短波放射量、及び長波放射量)を高精度市販センサで測定した場合の値を示す。このため、図7のグラフの横軸の値が参照値となる。また、図7のグラフの縦軸は、本実施形態の手法により求められたSET*(S&Ta from proposed sensor)と、従来手法により求められたSET*(S&L from proposed sensor)とがプロットされている。本実施形態の手法により求められたSET*(S&Ta from proposed sensor)は、短波放射量S及び気温Taを推定により求めたものである。一方、従来手法により求められたSET*(S&L from proposed sensor)は、短波放射量S及び長波放射量Lを推定により求めたものである。 In addition, FIG. 7 shows the experimental results for SET * , which is an evaluation index for heat stroke. The horizontal axis of the graph in FIG. 7 shows the values when all the meteorological values (temperature, humidity, wind speed, short wave radiation amount, and long wave radiation amount) required for SET * calculation are measured by a high-precision commercial sensor. Therefore, the value on the horizontal axis of the graph of FIG. 7 serves as a reference value. Further, the vertical axis of the graph of FIG. 7 is plotted with the SET * (S & Ta from proposed sensor) obtained by the method of the present embodiment and the SET * (S & L from proposed sensor) obtained by the conventional method. .. The SET * (S & Ta from proposed sensor) obtained by the method of the present embodiment is obtained by estimating the shortwave radiation amount S and the temperature Ta. On the other hand, the SET * (S & L from proposed sensor) obtained by the conventional method is obtained by estimating the short wave radiation amount S and the long wave radiation amount L.
図7により、本実施形態の手法により求められたSET*(S&Ta from proposed sensor)は、従来手法により求められたSET*(S&L from proposed sensor)よりも、参照値に近く、熱中症リスクを評価する際に用いられるSET*をより正確に算出することができることがわかる。 According to FIG. 7, the SET * (S & Ta from proposed sensor) obtained by the method of the present embodiment is closer to the reference value than the SET * (S & L from proposed sensor) obtained by the conventional method, and the risk of heat stroke is evaluated. It can be seen that the SET * used in the calculation can be calculated more accurately.
<実施例2> <Example 2>
実施例2では、市販の各種センサの計測値から得られる各種値と、本実施形態に係る測定機器の計測値から得られる各種値とを比較した。 In Example 2, various values obtained from the measured values of various commercially available sensors were compared with various values obtained from the measured values of the measuring device according to the present embodiment.
図8は、高精度な放射センサにより算出した単位面積あたりの球への入力短波放射量(図8のグラフの横軸)と、本実施形態に係る測定機器によって推定された短波放射量(図8のグラフの縦軸)との比較図である。なお、本実施形態に係る測定機器によって推定された短波放射量については、球のサイズが4mmであるものと、12mmであるものの2つについてプロットされている。なお、球サイズ4mm、12mmともに高精度な放射センサの指示値(参照値)と高い相関がある。また、球サイズを小型化しても精度が悪化していないことが分かる。 FIG. 8 shows the input shortwave radiation amount to the sphere per unit area calculated by the high-precision radiation sensor (horizontal axis of the graph in FIG. 8) and the shortwave radiation amount estimated by the measuring device according to the present embodiment (FIG. 8). 8 is a comparison diagram with the vertical axis of the graph. The shortwave radiation amount estimated by the measuring device according to the present embodiment is plotted for two spheres, one having a sphere size of 4 mm and the other having a sphere size of 12 mm. Both the sphere sizes of 4 mm and 12 mm have a high correlation with the indicated value (reference value) of the highly accurate radiation sensor. Moreover, it can be seen that the accuracy does not deteriorate even if the sphere size is reduced.
なお、参照値として用いる高精度な放射センサとは、前後2方向からの放射量を高精度に測定する市販放射センサを3組使用し、互いが直行するように、上下面及び東西南北面を向くように配置し、以下の式で球への入力放射を算出した。 The high-precision radiation sensor used as a reference value uses three sets of commercially available radiation sensors that measure the amount of radiation from two front and rear directions with high accuracy, and the top and bottom surfaces and the north, south, east, and west surfaces are oriented so that they are orthogonal to each other. Arranged so as to face, the input radiation to the sphere was calculated by the following formula.
図9は、強制通風装置で測定した気温(図9のグラフの横軸)と、本実施形態に係る測定機器によって推定された気温(図9のグラフの横軸)及び市販センサで測定した気温(図9のグラフの横軸)との比較図である。なお、図10は、図9を拡大した図である。 FIG. 9 shows the air temperature measured by the forced ventilation device (horizontal axis of the graph of FIG. 9), the air temperature estimated by the measuring device according to the present embodiment (horizontal axis of the graph of FIG. 9), and the air temperature measured by a commercially available sensor. It is a comparison diagram with (horizontal axis of the graph of FIG. 9). Note that FIG. 10 is an enlarged view of FIG.
図9における市販センサ1は、強制通風を必要としない超音波センサにより測定した気温であり、市販センサ2は通常の気温センサを強制通風させずに測定した気温である。市販センサ1により計測された気温は参照値よりも大きく、市販センサ2により計測された気温についても気温が高いところで参照値よりも大きくなっていることがわかる。本実施形態に係る測定機器によって得られた気温については、市販センサ1,2に比べ強制通風された気温と一致度が高いことがわかる。 The commercially available sensor 1 in FIG. 9 is the air temperature measured by an ultrasonic sensor that does not require forced ventilation, and the commercially available sensor 2 is the air temperature measured by a normal temperature sensor without forced ventilation. It can be seen that the air temperature measured by the commercial sensor 1 is larger than the reference value, and the temperature measured by the commercial sensor 2 is also larger than the reference value where the temperature is high. It can be seen that the air temperature obtained by the measuring device according to the present embodiment has a higher degree of agreement with the air temperature forcibly ventilated as compared with the commercially available sensors 1 and 2.
以上の説明したように、本実施形態に係る測定機器によって得られた各種値は、従来手法と同等又はそれ以上であるといえる。 As described above, it can be said that the various values obtained by the measuring device according to the present embodiment are equal to or higher than those of the conventional method.
なお、上記実施形態でCPUがソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行した情報処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、FPGA(Field−Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、情報処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。 In addition, various processors other than the CPU may execute the information processing executed by the CPU reading the software (program) in the above embodiment. In this case, the processor includes a PLD (Programmable Logic Device) whose circuit configuration can be changed after manufacturing an FPGA (Field-Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and the like. An example is a dedicated electric circuit or the like, which is a processor having a circuit configuration designed exclusively for the purpose. In addition, information processing may be executed by one of these various processors, or a combination of two or more processors of the same type or different types (for example, a plurality of FPGAs, and a combination of a CPU and an FPGA, etc.). ) May be executed. Further, the hardware structure of these various processors is, more specifically, an electric circuit in which circuit elements such as semiconductor elements are combined.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications are possible without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態では、生物が感じる暑さに関する体感指標の一例として、生物の熱収支に関する指標である標準新有効温度SET*を計算する場合を例に説明したがこれに限定されるものではない。例えば、生物の熱収支に関する指標として、国際生気象学会により提唱されている指標であるUTCI、予測平均温冷感申告PMV、又はPET等を計算するようにしてもよい。または、生物の暑さ指数として、湿球黒球温度WBGTを算出するようにしてもよい。その他、温熱指標であればどのような指標を算出するようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, as an example of the experience index related to the heat felt by the living thing, the case of calculating the standard new effective temperature SET * which is an index related to the heat balance of the living thing has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Absent. For example, as an index related to the heat balance of living organisms, UTCI, predicted average warm / cold feeling report PMV, PET, etc., which are indexes proposed by the International Society of Biometeorology, may be calculated. Alternatively, the wet-bulb globe temperature WBGT may be calculated as the heat index of the organism. In addition, any index may be calculated as long as it is a thermal index.
また、上記実施形態では、測定機器10が各情報を取得し情報記憶部32へ格納する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、測定機器10は所定の通信手段を更に有し、通信I/F17を介して、黒球温度計12により計測された温度Tg2と、加熱黒球温度計14により計測された温度Tg1と、白球温度計16により計測された温度Tg3と、長波放射計18により計測された長波放射量Lとを、外部装置へ送信するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the measuring
12 黒球温度計
14 加熱黒球温度計
14A 電熱線
16 白球温度計
18 長波放射計
19 湿度計
20 演算装置
30 情報取得部
32 情報記憶部
34 演算部
12
Claims (11)
熱源を備えた第2の黒球温度計と、
第1の黒球温度計の球及び第2の黒球温度計の球とは異なる放射特性を有する球を備えた球温度計と、
長波放射計と、
を備える、熱環境に関する情報を測定するための測定機器。 The first black globe thermometer,
A second black globe thermometer with a heat source,
A ball thermometer having a ball having a radiation characteristic different from that of the first black ball thermometer ball and the second black ball thermometer ball, and
With a long wave radiometer
A measuring device for measuring information about the thermal environment.
請求項1に記載の測定機器。 Further equipped with a hygrometer,
The measuring device according to claim 1.
第1の黒球温度計により計測された温度と、前記球温度計により計測された温度と、長波放射計により計測された長波放射量Lと、前記熱伝導率hとに基づいて、短波放射量S及び気温Taを計算する、
演算手段を更に備える、
請求項1又は請求項2に記載の測定機器。 Based on the temperature measured by the first black globe thermometer and the temperature measured by the second black globe thermometer, the thermal conductivity h is calculated using the spherical heat balance equation of the black globe thermometer. Calculate, calculate the wind velocity U from the thermal conductivity h,
Shortwave radiation based on the temperature measured by the first black sphere thermometer, the temperature measured by the sphere thermometer, the longwave radiation amount L measured by the longwave radiometer, and the thermal conductivity h. Calculate quantity S and temperature Ta,
Further equipped with arithmetic means,
The measuring device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の測定機器。 The calculation means further calculates a sensory index regarding the heat felt by an organism based on the wind speed U, the long wave radiation amount L, the short wave radiation amount S, the air temperature Ta, and the humidity measured by the hygrometer.
The measuring device according to claim 3.
請求項4に記載の測定機器。 The calculation means calculates an index related to the heat balance of living organisms or a heat index as the experience index.
The measuring device according to claim 4.
第2の黒球温度計の黒球は、前記電熱線が巻き付けられている黒球である、
請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の測定機器。 The heat source of the second black globe thermometer is a heating wire.
The black globe of the second black globe thermometer is a black globe around which the heating wire is wound.
The measuring device according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の測定機器。 A groove is formed in the black globe of the second black globe thermometer.
The measuring device according to claim 6.
請求項6又は請求項7に記載の測定機器。 The heating wire is a heating wire having a resistance temperature coefficient smaller than a predetermined threshold value.
The measuring device according to claim 6 or 7.
請求項6〜請求項8の何れか1項に記載の測定機器。 The heating wire is a heating wire in which a part of Ni contained in the nickel-chromium heating wire is replaced with Al and other additive elements.
The measuring device according to any one of claims 6 to 8.
請求項1〜請求項9の何れか1項に記載の測定機器。 The long wave radiometer is a long wave radiometer having three or more measurement surfaces for measuring the long wave radiation amount L.
The measuring device according to any one of claims 1 to 9.
前記通信手段は、第1の黒球温度計により計測された温度と、第2の黒球温度計により計測された温度と、前記球温度計により計測された温度と、長波放射計により計測された長波放射量Lとを、外部装置へ送信する、
請求項1〜請求項10の何れか1項に記載の測定機器。 With more communication means
The communication means is measured by the temperature measured by the first black ball thermometer, the temperature measured by the second black ball thermometer, the temperature measured by the ball thermometer, and the long wave radiator. The long wave radiation amount L is transmitted to an external device.
The measuring device according to any one of claims 1 to 10.
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