JP2809060B2

JP2809060B2 - 流体の流速測定方法及びそれに用いる流速測定用フィン並びにダクト内の流量測定方法及びその装置

Info

Publication number: JP2809060B2
Application number: JP5251449A
Authority: JP
Inventors: 英行本田
Original assignee: Honda Kogyo KK
Current assignee: Honda Kogyo KK
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JPH07103997A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の流速測定方法及
びそれに用いる流速測定用フィン並びにダクト内の流量
測定方法及びその装置に係わり、更に詳しくは流体又は
ダクト内に流れる流体の速度分布を測定するとともに、
平均流速を正確に測定してその流量を測定することが可
能な流速測定方法と流量測定方法及びそれに用いる流速
測定用フィン及び流量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダクト内の流量を測定する場合、
先端部を流体内に配したピトー管で流体の全圧と静圧の
差（動圧）を検出し、その平方根を取って流速を測定
し、該流速にダクトの断面積を乗じて測定する方法が一
般的に採用されていた。

【０００３】また、ダクトの断面における流体の速度に
分布がある場合には、複数のピトー管を前記断面内に配
するとともに、Ｕ字管からなる胴部を共通に用い、各ピ
トー管の位置での動圧の平均を検出し、その平方根を取
って平均流速としていた。しかし、この平均流速は、速
度の二乗に比例する圧力を平均した後、平方根を取った
ものであるため、正確には速度の二乗平均であり、真の
平均速度ではない。従って、従来の流量の測定方法には
かなりの誤差を有していた。

【０００４】更に、通常使用されるダクトは複雑に折れ
曲がって連結されているため、ダクト内の流体の速度ベ
クトルは、予測し難い分布を有している。そこで、流量
の測定に必要な速度は、ダクトの断面に対して直交した
方向の速度成分であるが、実際にはダクトの断面に平行
な速度成分を有するため、正確な流量を測定することは
できなかった。この問題は、前述のピトー管以外の流速
センサを用いる場合にも同様に生じるのである。

【０００５】また、ピトー管を用いる場合の他の問題点
としては、その先端部の断面積が大きいので、特にダク
ト内に多数配列した場合には通気抵抗が増大し、小径の
ダクトに用いた場合には流れを遮ること、先端部の目詰
まりを起こし易いこと、検出感度が低いので風速が小さ
い場合には誤差が大きいこと、等が挙げられる。

【０００６】そして、他の方法として、熱線を用いた流
速センサで気体の流速を測定する方法も存在するが、可
燃性の気体の場合には使用できず、またダクト内では埃
等に引火する恐れがあり、使用できないのである。

【０００７】尚、流速の測定には、本出願人の先願に係
る特開昭６１−８４５６３号及び特開平２−１１０３２
２号公報等で開示された流体速度測定方法が存在する。
この流速測定原理は、適量の不純物を混入して比抵抗対
温度の特性曲線の直線状傾斜部に測定時における設定温
度が対応するように調製した単結晶ゲルマニウムの小片
からなるセンサに、電圧又は電流を印加して設定した定
温度を維持させ、流体との接触でのセンサの温度変化に
よるセンサの電気抵抗の変化に伴う電圧又は電流あるい
は電力の変化値に基づいて流速を測定するものである。
ここで、この流速センサによる流速測定には、流体の温
度を知る必要があるが、均一温度の流体であれば、流速
測定範囲内の何れか一点での温度を測定すれば充分であ
り、また不均一温度の流体であれば、各流速センサの近
傍の温度をそれぞれ測定する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、流体を横切る方向に
沿った流速の分布及び平均流速を測定することができる
とともに、流体の流れを乱すことがない流体の流速測定
方法及びそれに用いる流速測定用フィンを提供し、また
ダクト内の流体の平均速度を測定し、該平均速度にダク
トの断面積を乗じて流量を測定するに当たり、ダクト内
の流速を測定する位置を流れる流体を整流するととも
に、ピトー管以外の経時変化がなく高感度の流速センサ
を用い、該流速センサをダクトの断面において複数列設
し、各流速センサで流速に比例する出力信号を得て平均
速度を測定し、真に正確な流量を測定できるダクト内の
流量測定方法及びその装置を提供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、流体内に配するフィンの上流側端縁部に、
複数の流速センサを列設し、該流速センサの個々の出力
信号を検出して前記フィンに沿った方向の流速分布を測
定し、あるいは流速センサの個々の出力信号を平均化し
て平均流速を測定してなる流体の流速測定方法を提供す
る。

【００１０】更に具体的には、流体内に配した単又は複
数枚のフィンで流体の流れを整流するとともに、前記フ
ィンの上流側端縁部に、適量の不純物を混入した単結晶
ゲルマニウムの小片からなる複数の流速センサを列設
し、該流速センサの個々の出力信号を検出して前記フィ
ンに沿った方向の流速分布を測定し、あるいは流速セン
サの個々の出力信号を平均化して平均流速を測定してな
る流体の流速測定方法を提供する。

【００１１】そして、前述の流体の流速測定方法に用い
る流速測定用フィンとして、少なくとも上流側端縁部を
流線形となし、該上流側端縁部に複数の流速センサを列
設するとともに、その信号線を側面若しくは内部を通し
て長さ方向端部若しくは後流側端縁部に配線してなる流
速測定用フィンを構成した。

【００１２】更に、少なくとも上流側端縁部を流線形と
なし、該上流側端縁部に一つの流速センサを配するとと
もに、その信号線を側面若しくは内部を通して後流側端
部に配線してなる流速測定用フィンユニットと、該流速
測定用フィンユニットと同一断面形状を有し且つ適所に
温度センサを配した温度測定用フィンユニットと、前記
流速測定用フィンユニットと同一の断面形状を有するス
ペーサ用フィンユニットと、それらの後流側端部を保持
する長尺の保持部材とからなり、該保持部材に沿って前
記フィンユニットを適宜順位を組合せて装着し、各セン
サの配線束を保持部材の内部を通して長さ方向端部に導
出してなる流速測定用フィンを構成した。

【００１３】また、ダクト内に配した単又は複数枚のフ
ィンで流体の流れを該ダクトの断面に直交する方向に整
流するとともに、前記フィンの上流側端縁部に列設した
複数の流速センサの出力信号を平均化してダクト内の平
均流速を測定し、該平均流速にダクトの断面積を乗じて
流量を測定してなるダクト内の流量測定方法を提供す
る。

【００１４】そして、ダクト内の流量を測定する方法を
実施するために、ダクト内の流体の平均速度を測定し、
該平均速度にダクトの断面積を乗じて流量を測定してな
るダクト内の流量測定装置であって、ダクト内にその断
面に沿って単又は複数枚のフィンを取付けるとともに、
該フィンの上流側端縁部に複数の流速センサを列設し
て、ダクト内の断面において複数の流速センサを列設
し、該流速センサの出力信号に基づいて流速測定回路で
流体の平均速度を測定してなるダクト内の流量測定装置
を構成した。

【００１５】ここで、前述の流体の速度測定方法並びに
ダクト内の流量測定方法及びその装置において、流速セ
ンサとして、適量の不純物を混入した単結晶ゲルマニウ
ムの小片からなる流速センサを用いることが好ましく、
この場合において前記流速センサに、電圧又は電流を印
加して設定した定温度を維持させ、流体との接触でのセ
ンサの温度変化によるセンサの電気抵抗の変化に伴う電
圧又は電流あるいは電力の変化値を検出する流速測定回
路で流体の速度を測定してなるのである。

【００１６】また、流速測定用フィン及びダクト内の流
量測定装置において、前記フィンの上流側前端部に流速
センサを埋設してなること、及び前記流速センサに接続
する信号線を前記フィンの表面にプリント配線して形成
してなることが好ましい。

【００１７】更に、ダクト内の流量測定装置では、一枚
のフィンに列設した複数の流速センサの出力信号を一つ
の流速測定回路で一括処理し、該流速測定回路の出力信
号を流速センサの１個当たりの流速測定信号となるよう
に設定することがより好ましいのである。

【００１８】

【作用】以上の如き内容からなる本発明の流体の流速測
定方法及びそれに用いる流速測定用フィン並びにダクト
内の流量測定方法及びその装置は、流体内に配し若しく
はダクト内に取付けた単又は複数枚のフィンで流動する
流体を整流し、又は流体の速度ベトクルを流速測定位置
においてダクトの断面に直交する方向に配向し、その状
態で、前記フィンの上流側端縁部に列設した複数の流速
センサの位置で流速を測定するものである。また、複数
の流速センサを列設したフィンを流体内若しくはダクト
内に配することで、流体若しくはダクトの断面における
流速センサの位置、即ち流速のサンプリング位置を実質
的に偏らないように設定することが可能である。更に、
その複数位置で測定したその各位置における流速を平均
化することで、ダクトの断面に直交する方向の平均速度
を測定することが可能であり、流量は平均流速にダクト
の断面積を乗じれば容易に測定することが可能である。
この平均流速に断面積を乗じる演算処理は、乗算器を用
いて行っても良く、またマイクロコンピュータを用いて
演算しても良いのである。

【００１９】このように、フィンによって流体の流れを
ダクトの断面に直交する方向に配向することで、流量に
は寄与しないダクトの断面に平行な速度成分を無くし、
あるいは無視できる程度に小さくし、流量の測定精度を
向上させるのである。また、流速センサとして、適量の
不純物を混入した単結晶ゲルマニウムの小片からなる流
速センサを用いることで、経時変化がなく長期にわたり
正確に流速を測定することが可能であり、微風にも高感
度であり微量流量も正確に測定することが可能である。

【００２０】また、前記フィンの上流側前端部に流速セ
ンサを埋設してなること、及び前記流速センサに接続す
る信号線を前記フィンの表面にプリント配線して形成し
てなることにより、流速センサや信号線で流体の流れを
乱すことがないとともに、フィンをダクトに取付けるこ
とで、ダクト内に複数の流速センサを列設することが可
能である。

【００２１】更に、一枚のフィンに列設した複数の流速
センサの出力信号を一つの流速測定回路で一括処理し、
該流速測定回路の出力信号を流速センサの１個当たりの
流速測定信号となるように設定することで、個々の流速
センサに一つの流速測定回路を用いていた従来の流速測
定方法に比べて流速測定回路の数を１／ｎ（ｎは一枚の
フィンに取付ける流速センサの数）にすることが可能で
ある。これは、流量の測定に必要なのは平均流速であ
り、個々の流速センサの出力信号を別々に処理しその位
置での流速を測定する必要がないことに起因するのであ
る。また、流速センサを取付けた一枚のフィンと一つの
流速測定回路とを１ユニットとすることで、流量を高精
度に測定する必要がある場合にはユニット数を多くし、
比較的精度が低くても良い場合にはユニット数を少なく
する等の選択が可能である。

【００２２】また、流速測定用フィンとして、上流側端
縁部に一つの流速センサを配するとともに、その信号線
を側面若しくは内部を通して後流側端部に配線してなる
流速測定用フィンユニットと、該流速測定用フィンユニ
ットと同一断面形状を有し且つ適所に温度センサを配し
た温度測定用フィンユニットと、前記流速測定用フィン
ユニットと同一の断面形状を有するスペーサ用フィンユ
ニットと、それらの後流側端部を保持する長尺の保持部
材とから構成し、該保持部材に沿って前記フィンユニッ
トを適宜順位を組合せて所望数を装着することで、流体
の測定範囲に応じてフィンの長さを設定することが可能
である。また、流速測定用フィンユニットを単又は複数
のスペーサ用フィンユニットを介在させて列設すること
で、サンプリング間隔を調節できる。更に、適数の温度
測定用フィンユニットと組合せて流体の温度を同時に測
定することで、流体が均一温度分布を有する場合でも、
不均一温度分布を有する場合でも、更には時間的に流体
の温度が変化する場合でも、流体の温度に影響を受ける
流速センサを用いて行う流速の測定精度の向上が図れ
る。そして、各センサの配線束を保持部材の内部を通し
て長さ方向端部に導出してなることで、この配線束によ
って流体の流れを乱すことがないのである。

【００２３】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。図１及び図２は本発明の代表的
実施例を示し、流速測定回路及びそれに接続するコード
を省略したものであり、図中１はダクト、２はフィン、
３は流速センサをそれぞれ示している。本実施例では、
ダクト１内の流速及び流量を測定する例を基にして説明
するが、一般の流体における流速を測定する場合にも同
様に適用できるが、この場合には空間が限定されないの
で、厳密な意味での流量は測定できないが、局部的な単
位面積当たりの流量は測定可能である。

【００２４】本発明は、ダクト１内に配した単又は複数
枚フィン２，…で流体の流れを該ダクト１の断面に直交
する方向に整流するとともに、前記フィン２，…の上流
側端縁部に列設した複数の流速センサ３，…の出力信号
を平均化してダクト内の平均流速を測定し、該平均流速
にダクトの断面積を乗じて流量を測定してなるダクト内
の流量測定方法を要旨とする。ここで、前記流速センサ
３としては、本出願人が既に提供している適量の不純物
を混入した単結晶ゲルマニウムの小片からなるものが好
ましい。また、フィン２の長さ方向に沿った平均速度を
測定するには、各流速センサ３，…の出力信号から個々
の位置での流速を測定し、それを演繹的に平均化して
も、また各流速センサ３，…の出力信号を全部若しくは
集団毎に平均化し、その平均化した出力信号から速度
（平均速度）を測定しても良いのである。

【００２５】また、本発明は、ダクト１内の流体の平均
速度を測定し、該平均速度にダクト１の断面積を乗じて
流量を測定してなるダクト内の流量測定装置であって、
ダクト１内にその断面に沿って単又は複数枚のフィン
２，…を取付けるとともに、該フィン２の上流側端縁部
に複数の流速センサ３，…を列設して、ダクト１内の断
面において複数の流速センサ３，…を列設し、該流速セ
ンサ３の出力信号に基づいて流速測定回路で流体の平均
速度を測定してなるダクト内の流量測定装置を要旨とす
る。

【００２６】前記ダクト１の断面形状は、図１に示した
ように方形であっても、図２に示したように円形であっ
ても良く、他の図示しない送風ダクトと連結できるよう
に両側端周囲にフランジ４，４を形成している。そし
て、図１の方形のダクト１内には複数枚、本実施例では
４枚のフィン２，…を等間隔で平行に取付け、図２の円
形のダクト１内には２枚のフィン２，２を十文字配置で
取付けている。

【００２７】前記フィン２は、図３に示すように、少な
くとも上流側端縁部５を流線形にルータ加工したエポキ
シ樹脂製の両面プリント基板を用いて形成している。
尚、ダクト１の内径が大きく、フィン２を長くする必要
がある場合で、曲げ強度が不足する場合には、金属製等
の芯材の両面に前記同様のプリント基板を積層固着した
ものを採用する。

【００２８】そして、前記流速センサ３は、適量の不純
物を混入した単結晶ゲルマニウムの小片からなるセンサ
チップ６を用い、該センサチップ６の両端面に金、銀又
は白金等の導電性金属を蒸着して電極７，７を形成する
とともに、該電極７にそれぞれ金線等のリード線８，８
をボンディングしたものを、前記フィン２の端縁部５の
一部を切欠して形成した凹部９内に位置させ、熱伝導率
の高いエポキシ樹脂等の被覆材１０を凹部９内に充填し
固着している。ここで、前記被覆材１０は、その表面を
フィン２の端縁部５の外形と面一に形成し、実質的に流
速センサ３をフィン２の上流側端縁部５に埋設し、本実
施例では４個の流速センサ３，…を一枚のフィン２に等
間隔で一体的に取付けている。また、前記センサチップ
６は、約１４５℃の温度までその特性を利用することが
でき、被覆材１０は約１４０℃に耐えるものであるが、
実用的に使用できる流体の温度は０〜５０℃の範囲であ
り、その温度範囲内で好ましい結果が得られる。この温
度範囲は、冷暖房用の空調ダクト内の流量を測定するに
は充分である。

【００２９】また、前記フィン２の両側面には、各流速
センサ３のリード線８，８に接続する信号線１１，１１
をプリント配線によって所望パターンに形成し、フィン
２の長さ方向端部若しくは後流側端縁部に導いている。
尚、前記信号線１１は、フィン２の内部を通してその長
さ方向端部若しくは後流側端縁部に導いても良い。本実
施例では、前記信号線１１は、流速センサ３の取付位置
から後流側に延び、更にフィン２の長さ方向一端まで延
び、その端部には幅広の接続部１２を形成した形状のも
のである。尚、前記流速センサ３は、信号線１１，１１
にそれぞれリード線８，８を接続した後、被覆材１０で
固定し、流体の流れ方向に対して無指向性にしている。
そして、前記フィン２の表面は前記接続部１２を除いて
樹脂コーティングし、防塵、防湿処理を施している。
尚、前記流速センサ３は、センサチップ６の一部を露出
させて、指向性を持たせてフィン２の上流側端縁部に埋
設することも可能である。

【００３０】前記フィン２の長さ方向一端部は、エッジ
カード等の基板ソケットや多極コネクタ１３に嵌着し、
該多極コネクタ１３を介して前記ダクト１の壁面に固定
できるようにするとともに、他端も同様に図示しない固
定具を介してダクト１の壁面に固定できるようになして
いる。この多極コネクタ１３には、前記接続部１２，…
に対応した電極片１４，…が嵌合部内面に設けられ、各
電極片１４，…に接続した図示しない配線をダクト１の
外部に引き出して、流速測定回路に接続するのである。

【００３１】そして、前記流速センサ３で流速を測定す
る原理は、流速測定回路の定電流電源から流速センサ３
に、電圧を印加して設定した定温度を維持させ、流体と
の接触でのセンサの温度変化によるセンサの電気抵抗の
変化に伴う電圧又は電流あるいは電力の変化値を検出す
るものである。

【００３２】また、前記センサチップ６の形状は任意で
あるが、該センサチップ６自体の製造工程及び電極７の
蒸着工程の簡略化のため、直方体や立方体とすることが
好ましく、直方体の場合は長さが１ｍｍで短辺の一辺が
０．３ｍｍ、立方体の場合は一辺が０．５ｍｍ程度の大
きさにする。ゲルマニウムの比抵抗対温度の特性曲線
は、両対数目盛りにおいて４００℃程度から温度が下が
るにつれてある温度までは抵抗が直線状に増加し、それ
よりも低温では逆に抵抗が減少する傾向がある。そし
て、前述の特性曲線が直線から離れる温度は、不純物の
混入量が多くなるほど高温側になり、且つ比抵抗が小さ
くなる。従って、不純物の混入量が少ない程、低温まで
両対数目盛りにおける直線性が良いが、低温での抵抗が
増加する。例えば、不純物を１０¹²atoms/ｃｍ³程度混
入した場合には、０℃における比抵抗は数百Ω・ｃｍと
なり、１００℃における比抵抗は５〜６Ω・ｃｍとな
る。流体の温度範囲よりもセンサチップ６の設定温度を
高くするが、比抵抗が大きい場合にはセンサチップ６を
高温に維持するには小電流で済む反面、消費電力が多
く、また比抵抗が小さい場合にはセンサチップ６を高温
に維持するには大電流を必要とする反面、消費電力が少
なくて済むのである。そのため、センサチップ６の不純
物の混入量は、流体の温度に応じたセンサチップ６の設
定温度と、消費電力の関係から最適になるように設定す
る必要がある。

【００３３】また、本発明の他の実施例として図６及び
図７に示したものは、本出願人の先願に係る特開平２−
１１０３２２号及び実開平４−１３８２７４号公報にて
提供されている既製の流速センサ３ａを用い、該流速セ
ンサ３ａをフィン２の上流側端縁部５に固着したもので
ある。即ち、前記流速センサ３ａは、２本の導電線１
５，１５を隔離して合成樹脂で被覆した支持棒１６の先
端部に、リード線８，８をそれぞれ導電線１５，１５に
接続したセンサチップ６を埋設した球形の被覆部材１７
を固定したものである。そして、前記センサチップ６を
取付けた被覆部材１７を上流側に向けた状態で、前記支
持棒１６の基端を、前記フィン２の一部を切欠して形成
した凹部９内に位置させ、両導電線１５，１５とフィン
２の両面にプリント配線した信号線１１，１１とを接続
線１８，１８で接続し、前記同様に被覆材１０を充填し
て固定したものである。

【００３４】前記フィン２は、前述のような長尺の一体
物以外にも、各機能をユニット化した分割型のものを用
いることができる。即ち、この流速測定用フィン２は、
図８〜図１０に示すように、少なくとも上流側端縁部５
を流線形となし、該上流側端縁部５に一つの流速センサ
３を配するとともに、その信号線１１，１１を側面若し
くは内部を通して後流側端部に配線してなる流速測定用
フィンユニット１９と、該流速測定用フィンユニット１
９と同一断面形状を有し且つ適所に温度センサ２０を配
した温度測定用フィンユニット２１と、前記流速測定用
フィンユニット１９と同一の断面形状を有するスペーサ
用フィンユニット２２と、それらの後流側端部２３を保
持する長尺の保持部材２４とからなり、該保持部材２４
に沿って前記フィンユニット１９，２１，２２，…を適
宜順位を組合せて装着し、各センサ３，２０，…の配線
束２５を保持部材２４の内部を通して長さ方向端部に導
出してなるものである。

【００３５】ここで、前記保持部材２４は、断面略Ｕ字
形を有し、合成樹脂製の絶縁体からなる長尺押出し成形
品であり、一対の挾持片２６，２６とその内部奥端に配
線空間２７を形成したものである。ここで、該保持部材
２４の外形は、流体の流れを乱さないように流線形とす
るすることが必要である。そして、両挾持片２６，２６
間に、前記各フィンユニット１９，２１，２２，…を適
宜順位を組合せて嵌着し、適宜接着剤で固着して一体的
なフィン２を構成するのである。この場合において、各
フィンユニット１９，２１，２２は、外形が同一であ
り、それぞれ保持部材２４に装着した状態において表面
が面一となって連続するのである。

【００３６】図９は、前記流速測定用フィンユニット１
９と温度測定用フィンユニット２１とを交互に配列した
例を示し、図１０は流速測定用フィンユニット１９とス
ペーサ用フィンユニット２２とを交互に配列した例を示
しているが、更に前記フィンユニット１９，２１，２２
の他の組合せ、配列も自由に行える。例えば、図１０に
おいて、一つのスペーサ用フィンユニット２２を温度測
定用フィンユニット２１に置き換えた配列は、流体が均
一温度分布を有する場合に有効である。また、前述の図
９の配列は、流体が不均一温度分布を有する場合に有効
であり、ある流速センサ３による流速測定データを、そ
れに近接する温度センサ２０の温度で補正して正確な流
速を測定することができるのである。

【００３７】また、前述の一体物のフィン２又は各フィ
ンユニット１９，２１，２２は、めっき適合性の合成樹
脂で成形し、その側面に信号線１１を導電性金属の部分
めっきによって形成することも可能である。

【００３８】また、本発明では、流速センサ３は、フィ
ン２の上流側端縁部５に形成した凹部９内にセンサチッ
プ６を配し、熱伝導率の高い合成樹脂製の被覆材１０で
覆って埋設して構成するとともに、その外形状を流線形
とすることにより、ピトー管に比べて遙に広角度の指向
性を得ることができる。例えば、約３％の誤差範囲内で
流速を測定できる角度は、ピトー管では±１５°であ
り、本発明の流速センサ３ではフィン２の仰角において
±４５°である。これにより、主軸に角度を持った流れ
も正確に測定でき、流向の変動する流れを正確に測定す
ることができるのである。

【００３９】本発明の流速センサ３は、熱容量の大きい
フィン２に埋設されている場合には、僅かな流速変動に
は応答せず、ダクト１内を流れる流体のような乱流中に
配置しても、その出力信号は時間的な変動が少ない定常
信号であるので、従来の特開平２−１１０３２２号公報
等で開示された流速センサにおける信号処理のように、
電気回路又は演算処理等で時間的な平均化の処理を必要
としないので、測定回路が簡単になるのである。

【００４０】図１１は、流速測定回路を簡略化して示し
たものであり、本実施例では２個のセンサチップ６，６
を直列に接続したものを更に並列に接続し、その一端を
定電流電源２８に接続し、他端をポテンシオメータ２９
を介して定電流電源２８に接続して、センサチップ６が
設定温度になるように電流を供給する。前記ポテンシオ
メータ２９は並列に接続した各センサチップ６に流す電
流をバランスさせるためのものであり、特になくても良
い。前記ダクト１内に流体、例えば空調空気が流れると
フィン２の上流側端縁部５に取付けられた流速センサ３
のセンサチップ６が、その被覆材１０を介して熱が奪わ
れて温度が低下し、それにより比抵抗が高くなったセン
サチップ６の両端の電圧が上昇する。この電圧は、１個
のセンサチップ６の出力電圧に比例する電圧に変換する
とともに、ローパスフィルタの機能を備えた電圧検出回
路３０で検出し、該検出電圧と流体が静止している状態
の比較電圧との差を差動増幅器３１で検出した後、増幅
度が可変の増幅器３２で増幅して所望の出力電圧信号を
得るものである。この流速測定回路の出力電圧信号は、
Ａ／Ｄ変換器で二値化されてマイクロコンピュータで処
理して、一枚のフィン２に取付けられた複数の流速セン
サ３，…の位置での平均流速を演算するとともに、更に
各フィン２における平均流速からダクト１の断面におけ
る平均流速を演算し、それからこの平均流速に予め入力
しておいたダクト１の断面積のデータを乗じて流量を演
算するのである。尚、一枚のフィン２に設けた前記セン
サチップ６，…の接続の仕方は、前述のもの以外に、全
てのセンサチップ６，…を直列に接続したり、全てを並
列に接続することも可能である。

【００４１】このように、上流側端縁部５に複数の流速
センサ３，…を列設した複数のフィン２，…を、図１に
示すようにダクト１内に等間隔に取付けることにより、
ダクト１の断面において複数の流速センサ３，…を略均
等に分散列設させることが可能であり、ダクト１内の断
面における各位置の流速センサ３で検出された流速に基
づく出力信号を平均化して平均速度を測定するのであ
る。

【００４２】また、図１２及び図１３に示すように、ダ
クト１内に各フィン２，…を軸着して可動となし、図示
しないサーボモータ等で連動させてその角度を変化させ
ることができるようにすることにより、図１２の全開状
態から図１３の流量を絞った状態に連続的に変化させ
て、流量を調節することも可能である。しかし、フィン
２の本来の整流機能を損なわないように、隣接する一対
のフィン２，２をハ字状に変化させる必要がある。

【００４３】本発明は、ダクト１内の流速及び流量を正
確に測定できる装置であるが、本発明を利用して複数の
ダクト１，…の流量を測定し、例えばビルの集中冷暖房
設備においてローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡ
Ｎ）を構築し、各部屋に供給する風量を制御することも
可能である。即ち、図１４に示すようにその中心となる
ビル管理メインフレーム３３と各階に設置したフロアコ
ントローラ３４，…とを通信幹線（インサーネット）で
接続するとともに、各フロアコントローラ３４とその階
の各部屋のルームコントローラ３５，…とをアークネッ
トで接続する。前記ルームコントローラ３５には、前記
流速測定回路及びマイクロコンピュータが内蔵されてお
り、各部屋に空調空気を供給するダクト１の流量と、各
部屋の温度、湿度等をモニタリングして、ダクト１に集
中冷暖房設備からダクト１に供給する空調空気の流量を
制御するのである。例えば、大人数による会議が行われ
ている会議室やＯＡ機器等の発熱を伴う機器が多数設置
されている部屋とそうでない部屋とでは、同じ送風量で
も冷暖房効果に大きな差が生じるが、このように、各部
屋毎に供給する空調空気の流量を制御することにより、
その部屋に合った送風量に調節して快適な環境を作るこ
とができるとともに、冷やし過ぎや暖め過ぎといったこ
とがなくなり、ビル全体のエネルギー消費効率の向上を
図ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上にしてなる本発明の流体の流速測定
方法によれば、流体の流れを乱すことなく、流体内に配
したフィンの長さ方向に沿った速度分布を測定すること
ができるとともに、その測定範囲内の平均流速をも測定
することができるのである。

【００４５】また、本発明の流速測定用フィンは、上流
側端縁部に複数の流速センサを列設しているので、単に
該フィンを流体内若しくはダクト内に配することによ
り、流体の測定範囲に特に他の保持手段を用いることな
く複数の流速センサをその流体の流れを横切るように配
列させることができる。

【００４６】更に、フィンを流速測定用フィンユニッ
ト、温度測定用フィンユニット、スペーサ用フィンユニ
ット及びそれらの後流側端部を保持する保持部材とより
なり、各フィンユニットを保持部材に適宜順位を組合せ
て装着することにより、流速測定範囲の広狭に応じてそ
の長さを調節設定することができ、また流体の温度が変
化する場合でも、空間的に分布を有する場合にも流速及
び流量を正確に測定することができるのである。

【００４７】そして、本発明のダクト内の流量測定方法
及びその装置によれば、ダクト内に取付けた単又は複数
枚のフィンでダクト内を流動する流体を整流し、流体の
流れをダクトの断面に直交する方向に配向することで、
流量には寄与しないダクトの断面に平行な速度成分を無
くし、あるいは無視できる程度に小さくし、前記フィン
の上流側端縁部に列設した複数の流速センサで、ダクト
の断面における複数位置の流速を測定し、その各位置に
おける流速を平均化するので、ダクトの断面に直交する
方向の平均速度を正確に測定することができるととも
に、この平均流速にダクトの断面積を乗じることで、ダ
クト内の流量を正確に測定することができるのである。
また、各流速センサは、フィンと一体的であるので、該
フィンをダクト内の所定位置に取付けることにより、ダ
クトの断面における流速センサの位置、即ち流速のサン
プリング位置を実質的に偏らないように設定することが
できる。また、流速センサとして、適量の不純物を混入
した単結晶ゲルマニウムの小片からなる流速センサを用
いることで、経時変化がなく長期にわたり正確に流速を
測定することができるとともに、微風にも高感度であり
微量流量も正確に測定することができる。

【００４８】また、前記フィンの上流側前端部に流速セ
ンサを埋設してなること、及び前記流速センサに接続す
る信号線を前記フィンの表面にプリント配線して形成し
てなることにより、流速センサや信号線で流体の流れを
乱すことがないとともに、フィンをダクトに取付けるこ
とで、ダクト内に複数の流速センサを列設することが可
能である。更に、流速センサを熱容量の大きいフィンに
埋設した場合には、ピトー管に比べて広角度の指向性を
得ることができ、ダクト内を流れる流体のような乱流中
に配した場合でも、流向の変動に対する影響が少なく且
つ流速の時間的な変動にも瞬時には応答しないので、流
速を正確に測定することができ、また出力信号を時間的
に平均化する処理を必要としないので、測定回路が簡単
になるのである。

【００４９】更に、一枚のフィンに列設した複数の流速
センサの出力信号を一つの流速測定回路で一括処理し、
該流速測定回路の出力信号を流速センサの１個当たりの
流速測定信号となるように設定することで、個々の流速
センサに一つの流速測定回路を用いていた従来の流速測
定方法に比べて流速測定回路の数を１／ｎ（ｎは一枚の
フィンに取付ける流速センサの数）にすることができ、
コストの上昇を最小限に抑制できる。また、流速センサ
を取付けた一枚のフィンと一つの流速測定回路とを１ユ
ニットとすることで、流量を高精度に測定する必要があ
る場合にはユニット数を多くし、比較的精度が低くても
良い場合にはユニット数を少なくすることで対応でき、
汎用性が高いのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的実施例を示し、流速センサを一
体化したフィンを取付けた方形ダクトの簡略斜視図であ
る。

【図２】同じく円形ダクトの簡略斜視図である。

【図３】本発明の要部の拡大斜視図である。

【図４】フィンを上流側から見た部分正面図である。

【図５】同じくフィンの要部断面図である。

【図６】流速センサの他の取付構造を示す要部断面図で
ある。

【図７】同じく要部側面図である。

【図８】各種機能を備えた複数種類の分割型フィンユニ
ットを保持部材に装着する状態を示した要部の省略斜視
図である。

【図９】同じく流速測定用フィンユニットと温度測定用
フィンユニットとを交互に装着した状態の省略側面図で
ある。

【図10】同じく流速測定用フィンユニットとスペーサ用
フィンユニットとを交互に装着した状態の省略側面図で
ある。

【図11】本発明に用いる流速測定回路の簡略回路図であ
る。

【図12】可動フィンを用いて流量を調節する場合におけ
る全開状態のダクトの簡略断面図である。

【図13】同じく流量を絞った状態のダクトの簡略断面図
である。

【図14】本発明を利用したビルの集中冷暖房システムを
示す簡略説明図である。

【符号の説明】

１ダクト２フィン３，３ａ流速センサ４フランジ５端縁部６センサチップ７電極８リード線９凹部１０被覆材１１信号線１２接続部１３多極コネクタ１４電極片１５導電線１６支持棒１７被覆部材１８接続線１９流速測定用フィンユニット２０温度センサ２１温度測定用フィンユニット２２スペーサ用フィンユニット２３後流側端部２４保持部材２５配線束２６挾持片２７配線空間２８定電流電源２９ポテンシオメータ３０電圧検出回路３１差動増幅器３２増幅器３３ビル管理メインフレーム３４フロアコントローラ３５ルームコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/00 G01F 1/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体内に配するフィンの上流側端縁部
に、複数の流速センサを列設し、該流速センサの個々の
出力信号を検出して前記フィンに沿った方向の流速分布
を測定し、あるいは流速センサの個々の出力信号を平均
化して平均流速を測定してなることを特徴とする流体の
流速測定方法。
【請求項２】流体内に配した単又は複数枚のフィンで
流体の流れを整流するとともに、前記フィンの上流側端
縁部に、適量の不純物を混入した単結晶ゲルマニウムの
小片からなる複数の流速センサを列設し、該流速センサ
の個々の出力信号を検出して前記フィンに沿った方向の
流速分布を測定し、あるいは流速センサの個々の出力信
号を平均化して平均流速を測定してなることを特徴とす
る流体の流速測定方法。
【請求項３】前記流速センサに、電圧又は電流を印加
して設定した定温度を維持させ、流体との接触でのセン
サの温度変化によるセンサの電気抵抗の変化に伴う電圧
又は電流あるいは電力の変化値を検出する流速測定回路
で流体の速度を測定してなる請求項２記載の流体の流速
測定方法。
【請求項４】少なくとも上流側端縁部を流線形とな
し、該上流側端縁部に複数の流速センサを列設するとと
もに、その信号線を側面若しくは内部を通して長さ方向
端部若しくは後流側端縁部に配線してなることを特徴と
する流速測定用フィン。
【請求項５】少なくとも上流側端縁部を流線形とな
し、該上流側端縁部に一つの流速センサを配するととも
に、その信号線を側面若しくは内部を通して後流側端部
に配線してなる流速測定用フィンユニットと、該流速測
定用フィンユニットと同一断面形状を有し且つ適所に温
度センサを配した温度測定用フィンユニットと、前記流
速測定用フィンユニットと同一の断面形状を有するスペ
ーサ用フィンユニットと、それらの後流側端部を保持す
る長尺の保持部材とからなり、該保持部材に沿って前記
フィンユニットを適宜順位を組合せて装着し、各センサ
の配線束を保持部材の内部を通して長さ方向端部に導出
してなることを特徴とする流速測定用フィン。
【請求項６】前記流速センサとして、適量の不純物を
混入した単結晶ゲルマニウムの小片からなる流速センサ
を用いてなる請求項４又は５記載の流速測定用フィン。
【請求項７】上流側前端部に流速センサを埋設してな
る請求項４又は５又は６記載の流速測定用フィン。
【請求項８】前記流速センサに接続する信号線を表面
にプリント配線して形成してなる請求項４又は５又は６
又は７記載の流速測定用フィン。
【請求項９】ダクト内に配した単又は複数枚のフィン
で流体の流れを該ダクトの断面に直交する方向に整流す
るとともに、前記フィンの上流側端縁部に列設した複数
の流速センサの出力信号を平均化してダクト内の平均流
速を測定し、該平均流速にダクトの断面積を乗じて流量
を測定してなることを特徴とするダクト内の流量測定方
法。
【請求項10】前記流速センサとして、適量の不純物を
混入した単結晶ゲルマニウムの小片からなる流速センサ
を用いてなる請求項９記載のダクト内の流量測定方法。
【請求項11】前記流速センサに、電圧又は電流を印加
して設定した定温度を維持させ、流体との接触でのセン
サの温度変化によるセンサの電気抵抗の変化に伴う電圧
又は電流あるいは電力の変化値を検出する流速測定回路
で流体の速度を測定してなる請求項１０記載のダクト内
の流量測定方法。
【請求項12】ダクト内の流体の平均速度を測定し、該
平均速度にダクトの断面積を乗じて流量を測定してなる
ダクト内の流量測定装置であって、ダクト内にその断面
に沿って単又は複数枚のフィンを取付けるとともに、該
フィンの上流側端縁部に複数の流速センサを列設して、
ダクト内の断面において複数の流速センサを列設し、該
流速センサの出力信号に基づいて流速測定回路で流体の
平均速度を測定してなることを特徴とするダクト内の流
量測定装置。
【請求項13】前記流速センサとして、適量の不純物を
混入した単結晶ゲルマニウムの小片からなる流速センサ
を用いてなる請求項１２記載のダクト内の流量測定装
置。
【請求項14】前記流速センサに、電圧又は電流を印加
して設定した定温度を維持させ、流体との接触でのセン
サの温度変化によるセンサの電気抵抗の変化に伴う電圧
又は電流あるいは電力の変化値を検出する流速測定回路
で流体の速度を測定してなる請求項１３記載のダクト内
の流量測定装置。
【請求項15】前記フィンの上流側前端部に流速センサ
を埋設してなる請求項１２又は１３記載のダクト内の流
量測定装置。
【請求項16】前記流速センサに接続する信号線を前記
フィンの表面にプリント配線して形成してなる請求項１
２又は１３又は１４記載のダクト内の流量測定装置。
【請求項17】一枚のフィンに列設した複数の流速セン
サの出力信号を一つの流速測定回路で一括処理し、該流
速測定回路の出力信号を流速センサの１個当たりの流速
測定信号となるように設定してなる請求項１２又は１３
又は１４記載のダクト内の流量測定装置。