JP2805175B2 - 熱線流速計 - Google Patents
熱線流速計Info
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- JP2805175B2 JP2805175B2 JP3311747A JP31174791A JP2805175B2 JP 2805175 B2 JP2805175 B2 JP 2805175B2 JP 3311747 A JP3311747 A JP 3311747A JP 31174791 A JP31174791 A JP 31174791A JP 2805175 B2 JP2805175 B2 JP 2805175B2
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- JP
- Japan
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- bridge circuit
- temperature
- steady state
- calculating
- amount
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱線流速計に関し、特に
温度補償機能に特徴を有する熱線流速計に関するもので
ある。
温度補償機能に特徴を有する熱線流速計に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来ブリッジ回路を用いた熱線流速計
は、例えば図４にその回路図を示すように、抵抗Ｒ１〜
Ｒ３の固定抵抗と白金線等の感温センサである白金セン
サ１とをブリッジ回路２として構成し、増幅器３によっ
てフィードバックをかけることによって白金センサ１の
温度を一定値に保っている。ここで白金センサ１が定常
状態に達したときの温度をＴとすると、白金センサ１の
放散熱量Ｑは次式で示される。 Ｑ＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ−Ｔａ） Ｑ：放散熱量 Ｕ：流速 ａ，ｂ：定数 Ｔ：熱線の温度 Ｔａ：流体の温度 従ってこの式から流速Ｕを測定していた。
は、例えば図４にその回路図を示すように、抵抗Ｒ１〜
Ｒ３の固定抵抗と白金線等の感温センサである白金セン
サ１とをブリッジ回路２として構成し、増幅器３によっ
てフィードバックをかけることによって白金センサ１の
温度を一定値に保っている。ここで白金センサ１が定常
状態に達したときの温度をＴとすると、白金センサ１の
放散熱量Ｑは次式で示される。 Ｑ＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ−Ｔａ） Ｑ：放散熱量 Ｕ：流速 ａ，ｂ：定数 Ｔ：熱線の温度 Ｔａ：流体の温度 従ってこの式から流速Ｕを測定していた。
【０００３】しかるにこのような一般的な定温度型熱線
流速計では、流体の温度Ｔａによって放散熱量が変化す
るため、測定する流速に誤差を生じるという欠点があっ
た。そこで図５に示すようにブリッジ回路の一辺に感温
用の抵抗Ｒ４を設け、この抵抗値を白金センサ１より十
分大きくなるように設定する。こうして流体の温度によ
ってブリッジの平衡条件を自動的に調整し、白金センサ
１の温度Ｔを変化させてＴａの影響を補償するようにし
た熱線流速計が広く用いられている。
流速計では、流体の温度Ｔａによって放散熱量が変化す
るため、測定する流速に誤差を生じるという欠点があっ
た。そこで図５に示すようにブリッジ回路の一辺に感温
用の抵抗Ｒ４を設け、この抵抗値を白金センサ１より十
分大きくなるように設定する。こうして流体の温度によ
ってブリッジの平衡条件を自動的に調整し、白金センサ
１の温度Ｔを変化させてＴａの影響を補償するようにし
た熱線流速計が広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な温度補償素子を有する熱線流速計では、白金センサに
加えて温度補償用素子を用いる必要があり、ブリッジの
調整が複雑になるという欠点があった。又温度補償用抵
抗Ｒ４の抵抗値が大きく形状も大きくなるため、空間分
解能が悪くなるという欠点もあった。
な温度補償素子を有する熱線流速計では、白金センサに
加えて温度補償用素子を用いる必要があり、ブリッジの
調整が複雑になるという欠点があった。又温度補償用抵
抗Ｒ４の抵抗値が大きく形状も大きくなるため、空間分
解能が悪くなるという欠点もあった。
【０００５】本発明はこのような従来の熱線流速計の問
題点に鑑みてなされたものであって、１本の白金センサ
のみを用いて温度補償を行うと共に、空間分解能を小さ
くできるようにすることを技術的課題とする。
題点に鑑みてなされたものであって、１本の白金センサ
のみを用いて温度補償を行うと共に、空間分解能を小さ
くできるようにすることを技術的課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、温度に対応した抵抗値を有する感温センサが一端に
接続されたブリッジ回路と、ブリッジ回路の一辺の抵抗
を第１，第２の抵抗値に変化させるスイッチ手段と、ブ
リッジ回路の接続が定常値に達したときの感温センサの
放散熱量を算出する放散熱量算出手段と、スイッチ手段
を自動的に開閉するスイッチ制御手段と、スイッチ手段
によりブリッジ回路に接続される第１，第２の抵抗値の
ときに夫々放散熱量算出手段より得られる放散熱量の差
に基づいて流速を測定する流速算出手段と、を具備する
ことを特徴とするものである。
は、温度に対応した抵抗値を有する感温センサが一端に
接続されたブリッジ回路と、ブリッジ回路の一辺の抵抗
を第１，第２の抵抗値に変化させるスイッチ手段と、ブ
リッジ回路の接続が定常値に達したときの感温センサの
放散熱量を算出する放散熱量算出手段と、スイッチ手段
を自動的に開閉するスイッチ制御手段と、スイッチ手段
によりブリッジ回路に接続される第１，第２の抵抗値の
ときに夫々放散熱量算出手段より得られる放散熱量の差
に基づいて流速を測定する流速算出手段と、を具備する
ことを特徴とするものである。
【０００７】又本願の請求項２の発明では、スイッチ制
御手段を、ブリッジ回路より得られる信号の変化量が所
定値以下になったときに定常状態を判別してスイッチ手
段を開閉する定常状態判別手段としたことを特徴とする
ものである。
御手段を、ブリッジ回路より得られる信号の変化量が所
定値以下になったときに定常状態を判別してスイッチ手
段を開閉する定常状態判別手段としたことを特徴とする
ものである。
【０００８】
【作用】このような特徴を有する本発明によれば、ブリ
ッジ回路の一辺に感温センサを接続しスイッチ手段によ
って他の一辺に接続される抵抗の抵抗値を変化させてい
る。従ってブリッジ回路に接続された状態で抵抗の抵抗
値が異なっていれば、夫々の状態で感温センサの定常温
度は異なった温度となる。このためスイッチ制御手段に
よってスイッチ手段を切換えることによって、周期的に
異なった温度で定常状態に達する。従って夫々の定常状
態での放散熱量を算出し、この差に基づいて流体の流速
を測定するようにしている。
ッジ回路の一辺に感温センサを接続しスイッチ手段によ
って他の一辺に接続される抵抗の抵抗値を変化させてい
る。従ってブリッジ回路に接続された状態で抵抗の抵抗
値が異なっていれば、夫々の状態で感温センサの定常温
度は異なった温度となる。このためスイッチ制御手段に
よってスイッチ手段を切換えることによって、周期的に
異なった温度で定常状態に達する。従って夫々の定常状
態での放散熱量を算出し、この差に基づいて流体の流速
を測定するようにしている。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例による流速測定装置
の全体構成を示すブロック図である。本図において前述
した従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を
省略する。本実施例においても固定抵抗Ｒ１とＲ２，感
温センサである白金センサ１、及び抵抗Ｒ，ｒの直列接
続体によってブリッジ回路１０が構成され、その端子の
電圧変化を増幅器３によってフィードバックすることに
よってブリッジ回路を定常状態に保つようにしている。
ここでブリッジ回路１０の一辺には固定抵抗Ｒと固定抵
抗ｒの間にリレー１１の接点１１ａを接続する。リレー
１１はスイッチ信号に応じて固定抵抗ｒを短絡するため
のスイッチ手段である。さて抵抗Ｒ１は固定抵抗であ
り、その両端の電圧は電流に対応した値となっている。
従って図示のように抵抗Ｒ１の両端の電圧が電流信号と
してＡ／Ｄ変換器１２に入力され、電流値が検出され
る。又白金センサ１の両端の電圧はＡ／Ｄ変換器１３に
与えられる。Ａ／Ｄ変換器１２，１３は外部からの制御
信号に応じて入力された電圧値をデジタル信号に変換す
るものであって、その出力は演算処理回路１４に与えら
れる。演算処理回路１４は入力インターフェースとＣＰ
Ｕ及びＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリによって構成されてい
る。演算処理回路１４は後述するように、ブリッジ回路
１０の定常状態を検出し、定常状態に達したときにリレ
ー１１を切換えると共に放散熱量を算出し、異なった定
常温度での放散熱量の差によって流速を検出するもので
あって、その出力は表示器１５に与えられる。
の全体構成を示すブロック図である。本図において前述
した従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を
省略する。本実施例においても固定抵抗Ｒ１とＲ２，感
温センサである白金センサ１、及び抵抗Ｒ，ｒの直列接
続体によってブリッジ回路１０が構成され、その端子の
電圧変化を増幅器３によってフィードバックすることに
よってブリッジ回路を定常状態に保つようにしている。
ここでブリッジ回路１０の一辺には固定抵抗Ｒと固定抵
抗ｒの間にリレー１１の接点１１ａを接続する。リレー
１１はスイッチ信号に応じて固定抵抗ｒを短絡するため
のスイッチ手段である。さて抵抗Ｒ１は固定抵抗であ
り、その両端の電圧は電流に対応した値となっている。
従って図示のように抵抗Ｒ１の両端の電圧が電流信号と
してＡ／Ｄ変換器１２に入力され、電流値が検出され
る。又白金センサ１の両端の電圧はＡ／Ｄ変換器１３に
与えられる。Ａ／Ｄ変換器１２，１３は外部からの制御
信号に応じて入力された電圧値をデジタル信号に変換す
るものであって、その出力は演算処理回路１４に与えら
れる。演算処理回路１４は入力インターフェースとＣＰ
Ｕ及びＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリによって構成されてい
る。演算処理回路１４は後述するように、ブリッジ回路
１０の定常状態を検出し、定常状態に達したときにリレ
ー１１を切換えると共に放散熱量を算出し、異なった定
常温度での放散熱量の差によって流速を検出するもので
あって、その出力は表示器１５に与えられる。
【００１０】次に本実施例の動作についてフローチャー
ト及びタイムチャートを参照しつつ説明する。動作を開
始すると、まず図２のステップ31においてＡ／Ｄ変換器
１２，１３からの入力値をクリアし、ステップ32に進ん
でＡ／Ｄ変換器１２，１３からの入力を取り込んでスト
アする。そしていずれか一方、例えばＡ／Ｄ変換器１２
の入力値と１周期前の入力値との差を算出する。この差
が所定値εを越えていればステップ32に戻って同様の処
理を繰り返す。例えば図３（ａ）に示すように動作開始
時の時刻t1にリレー１１がオフとなり接点１１ａが開放
したものとすれば、ブリッジ回路１０には固定抵抗Ｒに
加えて固定抵抗ｒも接続された状態となる。この場合の
定常温度をＴ１とすると、リレー接点１１ａが開放され
た直後には図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、白金セン
サ１の温度及びこれに流れる電流と両端の電圧はいずれ
も同一の曲線を通って指数関数的に定常状態に近づくこ
ととなる。従って図３（ｅ）に示すように所定の周期毎
にサンプリングを行い、入力値とその直前の入力値との
差が小さく、定常状態に達するかどうかを判別する。
ト及びタイムチャートを参照しつつ説明する。動作を開
始すると、まず図２のステップ31においてＡ／Ｄ変換器
１２，１３からの入力値をクリアし、ステップ32に進ん
でＡ／Ｄ変換器１２，１３からの入力を取り込んでスト
アする。そしていずれか一方、例えばＡ／Ｄ変換器１２
の入力値と１周期前の入力値との差を算出する。この差
が所定値εを越えていればステップ32に戻って同様の処
理を繰り返す。例えば図３（ａ）に示すように動作開始
時の時刻t1にリレー１１がオフとなり接点１１ａが開放
したものとすれば、ブリッジ回路１０には固定抵抗Ｒに
加えて固定抵抗ｒも接続された状態となる。この場合の
定常温度をＴ１とすると、リレー接点１１ａが開放され
た直後には図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、白金セン
サ１の温度及びこれに流れる電流と両端の電圧はいずれ
も同一の曲線を通って指数関数的に定常状態に近づくこ
ととなる。従って図３（ｅ）に示すように所定の周期毎
にサンプリングを行い、入力値とその直前の入力値との
差が小さく、定常状態に達するかどうかを判別する。
【００１１】そしてステップ34において時刻t2前後にこ
の差が所定値ε以下となれば、ステップ35に進んでリレ
ー１１の切換えを行い、リレー接点１１ａを閉成する。
そうすればブリッジ回路１０には固定抵抗ｒが接続され
ず、固定抵抗Ｒのみが接続された状態となる。このとき
ステップ36に進んで既にストアされているリレー切換直
前のＡ／Ｄ変換器１２，１３からの出力Ｉ1 ，Ｖ1 によ
って式（１）に示す第１の設定温度Ｔ１での放散熱量Ｑ
１を算出する。 Ｑ１＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ１−Ｔａ）・・・（１） ＝Ｖ1 ・Ｉ1
の差が所定値ε以下となれば、ステップ35に進んでリレ
ー１１の切換えを行い、リレー接点１１ａを閉成する。
そうすればブリッジ回路１０には固定抵抗ｒが接続され
ず、固定抵抗Ｒのみが接続された状態となる。このとき
ステップ36に進んで既にストアされているリレー切換直
前のＡ／Ｄ変換器１２，１３からの出力Ｉ1 ，Ｖ1 によ
って式（１）に示す第１の設定温度Ｔ１での放散熱量Ｑ
１を算出する。 Ｑ１＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ１−Ｔａ）・・・（１） ＝Ｖ1 ・Ｉ1
【００１２】そして時刻t2以後には図３（ｂ）に示すよ
うに固定抵抗ｒを除くブリッジ回路１０の定常温度Ｔ２
に徐々に近づいていく。演算処理回路１４ではステップ
37〜39においてステップ32〜34と同様に、一対のＡ／Ｄ
変換器１２，１３のデータを入力してストアし、連続し
た入力の差を算出する。そして差が所定値εに達したか
どうかをチェックし、この値を越えていればステップ37
に戻って同様の処理を繰り返す。こうすれば時刻t3の直
前には定常状態に達したことが検出され、ステップ40に
進んでリレー１１の切換えを行う。こうすればリレー接
点１１ａが再び開放されて固定抵抗ｒが固定抵抗Ｒに直
列に接続されることとなる。そしてステップ41において
Ａ／Ｄ変換器１２，１３のストアされた最後の入力値Ｉ
2 ，Ｖ2 に基づいて、次式（２）により定常温度Ｔ２で
の白金センサ１の放散熱量Ｑ２を算出する。 Ｑ２＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ２−Ｔａ）・・・（２） ＝Ｖ2 ・Ｉ2
うに固定抵抗ｒを除くブリッジ回路１０の定常温度Ｔ２
に徐々に近づいていく。演算処理回路１４ではステップ
37〜39においてステップ32〜34と同様に、一対のＡ／Ｄ
変換器１２，１３のデータを入力してストアし、連続し
た入力の差を算出する。そして差が所定値εに達したか
どうかをチェックし、この値を越えていればステップ37
に戻って同様の処理を繰り返す。こうすれば時刻t3の直
前には定常状態に達したことが検出され、ステップ40に
進んでリレー１１の切換えを行う。こうすればリレー接
点１１ａが再び開放されて固定抵抗ｒが固定抵抗Ｒに直
列に接続されることとなる。そしてステップ41において
Ａ／Ｄ変換器１２，１３のストアされた最後の入力値Ｉ
2 ，Ｖ2 に基づいて、次式（２）により定常温度Ｔ２で
の白金センサ１の放散熱量Ｑ２を算出する。 Ｑ２＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ２−Ｔａ）・・・（２） ＝Ｖ2 ・Ｉ2
【００１３】そしてルーチン42に進んでこれらの放散熱
量Ｑ１，Ｑ２から風速Ｕを算出する。これは式（１）か
ら式（２）を減算することによって次式が得られる。 Ｑ１−Ｑ２＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ１−Ｔ２）・・・（３） Ｔ１，Ｔ２は既知であり、ａ，ｂは既知の定数であるた
め、この式を変形することによって流速Ｕを測定するこ
とができる。そしてステップ43に進んで表示器１５によ
ってこの流速Ｕを表示する。そしてステップ31に戻って
入力値をクリアして同様の処理を繰り返す。ここで演算
処理回路１４はステップ32〜35, 37〜40において入力値
の差を算出して定常状態に達したかどうかを判別してリ
レーを切換える定常状態判別手段１６の機能を達成して
おり、ステップ36, 41において定常状態に達したときの
放散熱量を算出する放散熱量算出手段１７の機能を達成
している。又ルーチン42はこれらの放散熱量Ｑ１，Ｑ２
に基づいて流速を算出する流速算出手段１８の機能を達
成している。
量Ｑ１，Ｑ２から風速Ｕを算出する。これは式（１）か
ら式（２）を減算することによって次式が得られる。 Ｑ１−Ｑ２＝（ａ＋ｂＵ1/2)（Ｔ１−Ｔ２）・・・（３） Ｔ１，Ｔ２は既知であり、ａ，ｂは既知の定数であるた
め、この式を変形することによって流速Ｕを測定するこ
とができる。そしてステップ43に進んで表示器１５によ
ってこの流速Ｕを表示する。そしてステップ31に戻って
入力値をクリアして同様の処理を繰り返す。ここで演算
処理回路１４はステップ32〜35, 37〜40において入力値
の差を算出して定常状態に達したかどうかを判別してリ
レーを切換える定常状態判別手段１６の機能を達成して
おり、ステップ36, 41において定常状態に達したときの
放散熱量を算出する放散熱量算出手段１７の機能を達成
している。又ルーチン42はこれらの放散熱量Ｑ１，Ｑ２
に基づいて流速を算出する流速算出手段１８の機能を達
成している。
【００１４】尚本実施例はブリッジ回路１０の固定抵抗
Ｒ１の両端の電圧変化が小さくなったときに定常状態に
達したものとして放散熱量を算出しているが、白金セン
サ１の電流値が定常状態に達したときを検出してもよ
い。又あらかじめ定常状態に達するまでの時間は推定さ
れるため、これより長い期間を周期とする発振回路等を
用いてその出力により自動的にリレーを切換えてもよ
い。この場合には切換直前の放散熱量を検出してその差
によって流速を測定するように構成することも可能であ
る。
Ｒ１の両端の電圧変化が小さくなったときに定常状態に
達したものとして放散熱量を算出しているが、白金セン
サ１の電流値が定常状態に達したときを検出してもよ
い。又あらかじめ定常状態に達するまでの時間は推定さ
れるため、これより長い期間を周期とする発振回路等を
用いてその出力により自動的にリレーを切換えてもよ
い。この場合には切換直前の放散熱量を検出してその差
によって流速を測定するように構成することも可能であ
る。
【００１５】尚本実施例はセンサを白金センサとしてい
るが、他の温度センサを用いることができることはいう
までもない。又この白金センサの抵抗値を適宜選択する
ことによってブリッジ回路の切換時間が例えば 0.1秒程
度と比較的短時間にすることができ、流速の時間変化が
小さい場合には充分対応することが可能である。
るが、他の温度センサを用いることができることはいう
までもない。又この白金センサの抵抗値を適宜選択する
ことによってブリッジ回路の切換時間が例えば 0.1秒程
度と比較的短時間にすることができ、流速の時間変化が
小さい場合には充分対応することが可能である。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、１つのセンサを用いてその定常温度を周期的に切換
えることによって流体の温度の影響がなく、流速を測定
することができるようにしている。このため本発明では
空間分解能が優れ、又１つのセンサで足りるため調整や
校正作業等を容易に行うことができるという効果が得ら
れる。
ば、１つのセンサを用いてその定常温度を周期的に切換
えることによって流体の温度の影響がなく、流速を測定
することができるようにしている。このため本発明では
空間分解能が優れ、又１つのセンサで足りるため調整や
校正作業等を容易に行うことができるという効果が得ら
れる。
【図１】本発明の一実施例による熱線流速計の全体構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】本実施例の動作を示すフローチャートである。
【図３】本実施例の動作を示すタイムチャートである。
【図４】従来の定温度型熱線流速計の基本的な構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】従来の温度補償機構をそなえた熱線流速計の基
本的な構成を示すブロック図である。
本的な構成を示すブロック図である。
１ 白金センサ ２，１０ ブリッジ回路 ３ 増幅器 １１ リレー １２，１３ Ａ／Ｄ変換器 １４ 演算処理回路 １５ 表示器 １６ 定常状態判別手段 １７ 放散熱量算出手段 １８ 流速算出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01P 5/12 G01F 1/68
Claims (2)
- 【請求項１】 温度に対応した抵抗値を有する感温セン
サが一端に接続されたブリッジ回路と、 前記ブリッジ回路の一辺の抵抗を第１，第２の抵抗値に
変化させるスイッチ手段と、 前記ブリッジ回路の接続が定常値に達したときの感温セ
ンサの放散熱量を算出する放散熱量算出手段と、 前記スイッチ手段を自動的に開閉するスイッチ制御手段
と、 前記スイッチ手段によりブリッジ回路に接続される第
１，第２の抵抗値のときに夫々前記放散熱量算出手段よ
り得られる放散熱量の差に基づいて流速を測定する流速
算出手段と、を具備することを特徴とする熱線流速計。 - 【請求項２】 前記スイッチ制御手段は、前記ブリッジ
回路より得られる信号の変化量が所定値以下になったと
きに定常状態を判別してスイッチ手段を開閉する定常状
態判別手段であることを特徴とする請求項１記載の熱線
流速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311747A JP2805175B2 (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 熱線流速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311747A JP2805175B2 (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 熱線流速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05119053A JPH05119053A (ja) | 1993-05-14 |
| JP2805175B2 true JP2805175B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=18020997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3311747A Expired - Lifetime JP2805175B2 (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 熱線流速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2805175B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2068128A2 (en) | 2007-05-25 | 2009-06-10 | Hitachi Ltd. | Thermal type flow meter and engine control system using the same |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3311747A patent/JP2805175B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2068128A2 (en) | 2007-05-25 | 2009-06-10 | Hitachi Ltd. | Thermal type flow meter and engine control system using the same |
| US7726187B2 (en) | 2007-05-25 | 2010-06-01 | Hitachi, Ltd. | Thermal type flow meter and engine control system using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05119053A (ja) | 1993-05-14 |
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