JP2842303B2 - 流体測定用プローブ - Google Patents

流体測定用プローブ

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JP2842303B2
JP2842303B2 JP7148465A JP14846595A JP2842303B2 JP 2842303 B2 JP2842303 B2 JP 2842303B2 JP 7148465 A JP7148465 A JP 7148465A JP 14846595 A JP14846595 A JP 14846595A JP 2842303 B2 JP2842303 B2 JP 2842303B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体測定用プローブに
係わり、更に詳しくは、例えばダクト内の流体速度を単
結晶ゲルマニウム等から成る接触式流速センサを用いて
流速を測定したり、ダクト内の流体温度をサーミスタ等
から成る接触式温度センサを用いて温度を測定する等の
ための流体測定用プローブに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の流体測定用プローブとして、例
えば特開平2−110322号公報に示されるものが提
案されている。これは、熱伝導性の高い銅、アルミニウ
ムなどから成る球形をした被覆部材と、前記被覆部材
に、それの内部に流速センサを挿入するための挿入孔を
形成するとともに、前記流速センサの前記挿入孔への挿
入状態において、前記被覆部材と前記流速センサとを一
体的に固定するための熱伝導性の高いエポキシ樹脂等の
合成樹脂から成る樹脂層を備えさせ、前記流速センサが
常に一定温度を維持するように流速センサへの印加電圧
を変更するように構成していた。そして、前記被覆部材
の球面に流体が接触すると、この流体の温度が被覆部
材、樹脂層を通して流速センサに伝導される。そして、
伝導された温度により一定温度に保持させている流速セ
ンサ自体の温度が変化し、このときの電気抵抗変化に伴
う電圧、又は電流、あるいは、電力の変化値に変換し、
これに基づいて流体の速度を算出するのである。
【0003】しかし、従来の構造では、エポキシ樹脂な
どの合成樹脂を被覆部材の挿入孔を通して流入させて、
被覆部材と流速センサとを一体的に固定する際に、被覆
部材内に挿入した流速センサを位置決めするための手段
が何ら施されていなかったため、流体測定用プローブの
製造時に、被覆部材内に対する流速センサの位置を目測
で決めなければならず、製造作業者によっては、被覆部
材内に対する流速センサの位置が被覆部材の中心位置か
ら大きくずれてしまい、被覆部材の球面から流速センサ
の検出面までの距離が流体が接触する被覆部材の球面の
接触箇所によっては異なってしまう場合があった。
【0004】このため、流体が被覆部材の球面に接触す
る接触箇所によっては、真の温度と異なる温度を検出す
ることになり、正確な流体の速度を検出することができ
ない問題点が発生していた。又、前述の被覆部材への合
成樹脂の流入中に、この合成樹脂の流入力により被覆部
材内に対する流速センサの位置が被覆部材の中心位置か
らずれて、上記同様の問題点を発生する場合もある。
【0005】しかも、被覆部材を介しているため、構造
が複雑になるとともに、被覆部材と樹脂層の両方の熱伝
導率を考慮して流体速度を算出しているものの、製品の
バラツキなどに起因する熱伝導ロスが樹脂層だけでな
く、被覆部材にも発生するため、特に流体の流量が微量
である場合に、前記両熱伝導ロスが無視できない数値に
なり、検出された温度に大きな誤差を有することがあっ
た。
【0006】又、球形の被覆部材に対して、その被覆部
材を連結支持するための支持体が断面形状円形の細長い
部材で構成されているため、例えば被覆部材の流路方向
下手側箇所付近で接触した流体の一部が、被覆部材の流
路方向下手側端部と支持体の流路方向上手側端部とで形
成されるデッドスペースに滞留することがある。この滞
留により流体の流れに大きな抵抗を与えることになり、
被覆部材の接触箇所での流体速度を減速させ、正確な流
体速度を検出することができないことがあった。
【0007】又、前述のように、支持体が断面形状円形
の細長い部材で構成されているため、その支持体をニッ
ケルパイプなどの強度面に優れたもので構成するもの
の、非常に速い速度の流体を測定する場合に、支持体が
破損する恐れがあった。
【0008】さらに、上記のように、非常に速い速度の
流体を測定する場合に、支持体が流路方向下手側端部を
中心に揺動され、被覆部材が首振り現象を起こしてしま
うため、被覆部材への流体の接触が同一場所で安定的に
行えず、正確な流体速度を検出することができないこと
があった。
【0009】ところで、流体の流速を測定する場合に
は、流速センサ自体を発熱させて一定温度に保持させて
おくことになる。そして、樹脂層に流体が接触し、その
接触した流体の速度に応じた流速センサの熱量が放出さ
れ、この熱放出による流速センサの温度変化によって流
速センサの電気抵抗が変化し、これに伴う電圧、または
電流、あるいは電力の変化値に変換し、これに基づいて
流体の速度を算出するのである。
【0010】しかしながら、上記のように流速センサ自
体を発熱させて一定温度に保持させるのであるが、特に
送風ダクト内等の温度変化の大きい場所での流速測定の
場合に、周囲の温度が急激に変化すると、前記のように
一定温度に保持させることが非常に困難であるため、実
際にはある温度幅をもって温度保持させることになる。
このため、上記流速センサを用いて流体速度を測定して
も、誤差を含んだデータになり、信頼性に欠けるもので
あった。
【0011】
【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、取付台への接触セン
サの取付けの容易化を図ることによって、量産できる安
価な流体測定用プローブを提供することができるととも
に、流体の流れを乱すことなく、正確な流速が測定でき
る精度面及び耐久性のいずれにも優れた流体測定用プロ
ーブを提供する点にある。
【0012】
【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、接触式センサを取り付けるための取付台の
流路方向上流側端部に、該接触式センサを所定姿勢で嵌
合保持するための凹入部を形成し、前記接触式センサの
前記凹入部への嵌合保持姿勢で該接触式センサと前記取
付台とを一体的に固定させるための熱伝導性合成樹脂か
ら成る樹脂層を備えさせるとともに、前記樹脂層の流路
上流側端面を流線形に加工し、前記樹脂層の横側面と前
記取付台の横側面とが面一状になるように構成し、前記
取付台を、それの相対抗する一対ずつの横側面のうちの
一方の横側面の幅が他方の横側面の幅よりも広くなる板
状体に構成し、接触式センサとして、流体の速度を測定
する流速センサと流体の温度を測定する温度センサとを
用い、これらセンサを取り付けるための2つの取付台
を、両取付台の間に流体が通過するための空間を形成す
る状態で一体的に取り付け、前記取付台を熱伝導率の低
い合成樹脂で成形してある。
【0013】
【作用】以上の如き内容からなる本発明の流体測定用プ
ローブは、接触式センサを凹入部に所定姿勢で嵌合保持
させることができるから、接触式センサの取り付け作業
を誰が行っても、取付台に対する接触式センサの位置を
常に一致させることができるのである。この接触式セン
サを凹入部へ嵌合保持する姿勢にしたのち、熱伝導性合
成樹脂を流入させても、接触式センサが合成樹脂の流入
力により取付台に対する接触式センサの位置が前記嵌合
保持位置から変更されることはない。そして、前記樹脂
層の流路上流側端面を流線形に加工しているから、樹脂
層の流線面から接触式センサの検出面までの距離を流線
面のどの位置からも同一に構成することができ、例えば
流体の流速を検出する場合に、上記のように構成された
どの接触式センサを用いて流体の流速を検出しても同じ
結果が得られることになる。
【0014】しかも、従来の被覆部材を省いた構成にし
てあるから、樹脂層の熱伝導ロスのみが検出データに影
響されることになり、従来の構成に比して大きな熱伝導
ロスを発生することなく、その分精度の高い検出を行う
ことができる。
【0015】樹脂層の横側面と取付台の横側面とが面一
状になるように構成してあるから、樹脂層の表面に接触
した流体がこの樹脂層の横側面に沿って流動案内された
のち、流動方向が変更されることなく、取付台の横側面
にスムーズに受け渡され、この状態のまま取付台の流路
方向下手側端部まで案内される。
【0016】又、取付台を板状体に構成することによっ
て、取付台の流路方向での流体の移動抵抗を極力小さい
ものにしながらも、取付台自身の保形強度を高めること
ができ、例えば非常に速い速度の流体の速度を測定する
場合に、取付台が不測に揺動されることがなく、正確な
流体の速度を測定することができる。
【0017】流速センサと温度センサとを用いることに
よって、流速センサ自体を発熱させて流体速度を測定す
る場合に、周囲の急激な温度変化が発生しても、その真
の温度を温度センサにより測定し、その測定データに基
づいて流速センサの検出データを補正して正確な流体速
度を算出することができるのである。しかも、前記両セ
ンサを取り付けるための取付台を両取付台の間に流体が
通過するための空間を形成してあるから、発熱させてい
る流速センサから放出される熱が空間を通過する流体に
よって流路下手側へ移動案内され、前記流速センサから
の放出熱が温度センサ側へ移動して温度センサの検出温
度に影響を与えることがないのである。
【0018】前記取付台を熱伝導率の低い合成樹脂で成
形することによって、接触式センサが流速センサである
場合に、発熱させている流速センサから放出される熱が
取付台に伝わり難くできるから、流速センサからの放出
熱による影響を接触式センサが受けることを抑制するこ
とができ、樹脂層から伝導される熱のみを検出すること
ができるのである。
【0019】
【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づきさらに
本発明の詳細を説明する。図1〜図6に、例えばダクト
内に設置して空気流量(風速)及び空気温度を検出する
ための流体測定用プローブAを示しており、この流体測
定用プローブAの検出結果に基づいて、ダクトのダンパ
ーを制御することにより、室内へ適量の空気を送り込ん
だり、送風機を自動的に作動又は停止操作を行えるよう
にする他、空調機のフィルタが目詰まりしているかの判
断を行ったり、ダクト内の風速を表示する簡易風速計を
構成する等の目的で使用されている。
【0020】前記流体測定用プローブAは、一対の電極
1,1を有する基台2と、この基台2の上端部に一体成
形された取付台3と、この取付台3に取り付けられた接
触式流速センサ4と、この流速センサ4と前記取付台3
とを一体的に固定するための熱伝導性の高い合成樹脂、
例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性合成樹脂から成る樹脂
層5とからなる流体速度検出部aと後述する流体温度検
出部bとから構成している。
【0021】前記樹脂層5を構成する熱伝導性の高い合
成樹脂としては、エポキシ樹脂の他、シリコン樹脂、ア
ニリン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレ
タン樹脂等の合成樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を用いて
もよい。
【0022】前記基台2と前記取付台3及び後述の第2
基台6と第2取付台8は、熱可塑性樹脂の中でも熱伝導
性の低い合成樹脂であるポリブチレンテレフタレート、
略してPBT、あるいはポリフェニレンサルファイド、
略してPPSを一体成形加工したものである。従って、
発熱させている流速センサ4から放出される熱が取付台
3に伝わり難くすることができ、樹脂層5から伝導され
る熱のみを検出して、流速センサ4の検出精度を高める
ことができるようにしている。又、前記流速センサ4か
らの放出熱が基台2、第2基台6、第2取付台8に伝導
され難くして、後述の温度センサ9の検出値に影響を与
えることがないようにしている。尚、前記基台2と前記
取付台3及び後述の第2基台6と第2取付台8の材料と
しては、優れた耐熱性、耐薬品性、電気的性質を合わせ
持つ熱可塑性樹脂が好ましいが、他の樹脂又は金属材料
を用いてもよい。
【0023】又、前記基台2と前記取付台3とを、一体
形成したが、別々に形成した2つを取り付けてもよい。
この場合、別体形成される基台2と取付台3の材料は、
前述のように、樹脂又は金属材料のいずれでも構わな
い。さらに、前記基台2を省き、前記取付台3のみを設
けて実施してもよい。
【0024】前記流速センサ4としては、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ものを用
いることになる。そして、この流速センサ4に電圧を印
加し、流速センサ4自体を発熱させて一定温度に保持さ
せておき、前述の樹脂層5に流体が接触すると、その接
触した流体の速度に応じた流速センサ4の熱量が放出さ
れる。この熱放出による流速センサ4の温度変化によっ
て、流速センサ4の電気抵抗が変化し、これに伴う電
圧、または電流、あるいは電力の変化値に変換し、これ
に基づいて流体の速度を算出するのである。この時、後
述の温度センサ9からの検出温度を真の温度として流速
センサ4の検出データを補正して、正確な流体速度を算
出するようにしている。
【0025】前記流体速度検出部aの横側部の流路方向
下端部に、前記材料のPPSで一体成形加工された流体
の温度を検出する流体温度検出部bが連設されており、
この流体温度検出部bは、、一対の電極7,7を有する
第2基台6と、この第2基台6の上端部に配設される第
2取付台8と、この第2取付台8に取り付けられた温度
センサ9と、この温度センサ9と前記第2取付台8とを
一体的に固定するための熱伝導性の高い合成樹脂、例え
ばエポキシ樹脂等の熱硬化性合成樹脂から成る樹脂層1
0とから構成されている。そして、前記センサ4,9の
2つの取付台3,8を、両取付台3,8の間に流体が通
過するための空間15を形成する状態で一体的に取り付
けてあり、発熱させている流速センサから放出される熱
が空間15を通過する流体によって流路下手側へ流動案
内されることによって、温度センサ9の検出温度が流速
センサ4からの放出熱の影響を受けることがないように
している。
【0026】前記流体速度検出部aと前記流体温度検出
部bとを、取付台3,8の幅方向に一体連設して、流体
がよりスムーズに流動するようにしたが、取付台3,8
の板厚方向に流体速度検出部aと流体温度検出部bとを
一体連設して実施してもよい。
【0027】前記第2取付台8と前記第2基台6は、前
述同様に熱可塑性樹脂の中でも耐熱性に優れたポリフェ
ニレンサルファイド、略してPPSを一体成形加工した
ものである。尚、前記基台2と前記取付台3の材料とし
ては、優れた耐熱性、耐薬品性、電気的性質を合わせ持
つ熱可塑性樹脂が好ましいが、他の樹脂又は金属材料を
用いてもよい。
【0028】前記温度センサ9としては、流体との接触
により流体の温度を検出する熱的に敏感な抵抗体として
のサーミスタからなるものの他、熱電対等の接触式温度
センンサを用いることになる。
【0029】前記流速センサ4の取り付け構造及び前記
温度センサ9の取り付け構造のいずれも同一構造のた
め、流速センサ4の取り付け構造についてのみ説明すれ
ば、図1及び図2に示すように、前記取付台3の流路方
向上流側端部に、前記流速センサ4を所定姿勢で嵌合保
持するための凹入部3aを形成し、前記流速センサ4の
前記凹入部3aへの嵌合保持姿勢で該流速センサ4と前
記取付台3とを一体的に固定させるための熱伝導性の高
い合成樹脂から成る前述の樹脂層5を備えさせて、流速
センサ4の取り付け作業を行う場合に、流速センサ4を
図2に示す所定姿勢でそれの一部を嵌合保持させること
により、取り付け作業を誰が行っても、取付台3に対す
る流速センサ4の位置をいつも一致させることができる
とともに、流速センサ4を凹入部3aへ嵌合保持する姿
勢にしたのち、熱伝導性合成樹脂を流入させても、流速
センサ4の位置が合成樹脂の流入力により取付台3に対
する流速センサ4の位置が嵌合保持位置から変更される
ことがないようにしている。
【0030】又、前記樹脂層5の流路上流側端面5a
を、図2で示すように流線形にルータ加工してあり、樹
脂層5の流線面から流速センサ4の検出面までの距離を
流線面の流線方向のどの位置からも同一に構成すること
ができ、前述のように構成されたどの流体用プローブを
用いても同じ検出結果が得られるようにしている。尚、
前記樹脂層10の流路上流側端面1aも同様に流線形に
ルータ加工されている。
【0031】前記樹脂層5の流路上流側端面5aを、前
記取付台3の側面視のみ流線形になるように形成した
が、取付台3の正面視のみ流線形に形成する他、取付台
3の正面視及び側面視の両方を流線形に形成してもよ
い。
【0032】前記凹入部3aを前記流速センサ4の一部
が嵌合保持される深さに形成したが、凹入部3aを前記
流速センサ4の全部が嵌合保持される深さに形成しても
よく、凹入部3aの形状及び深さは任意に変更できる。
【0033】図2に示すように、前記樹脂層5の横側面
5m,5mとこれと同一側に位置する前記取付台3の横
側面3m,3mとが面一状になるように、前記樹脂層5
及び前記取付台3の結合部での端面形状を同一に構成し
てあり、樹脂層5の表面に接触した流体が樹脂層5の横
側面5m,5mから取付台3の横側面3m,3mへ流動
方向を変更されることなくスムーズに受け渡され、取付
台の流路方向下手側端部まで案内されるのである。
【0034】前記取付台3を、それの相対抗する一対ず
つの横側面3m,3nのうちの一方の一対の横側面3m
の幅Tが他方の一対の横側面3nの幅tよりも広くなる
板状に構成してあり、取付台3の流路方向での流体の移
動抵抗を極力小さいものにしながらも、取付台3自体の
保形強度を高めることができるようにして、正確な流体
速度を検出することができるようにしている。尚、前記
第2取付台8においても同一構成であり、説明は省略す
る。
【0035】前記基台2の下端には、プローブ取付用台
座11が設けられており、基台2、取付台3、第2基台
6、第2取付台8と同一材料で一体形成されている。こ
の台座11の両端部に、取付用のビス挿入用の孔11
a,11aが形成されている。そして、図7及び図8に
ダクトD内に多数の流体測定用プローブAを配設した例
を示しており、それらプローブAからの情報を平均化し
てダクト内の平均流速を検出することによって、検出誤
差の少ない正確なデータを得ることができるようにして
いる。尚、流体測定用プローブAを1個のみ設けて実施
してもよい。
【0036】前記流速センサ4及び前記温度センサ9夫
々の両端部に接続されたリード線12,13は、前記電
極1,7の先端部にボンディング接続されている。
【0037】前記基台2、取付台3、第2基台6、第2
取付台8の下端部にプローブ取付用台座11を一体形成
したが、図13及び図14に示すように、基台2、第2
基台6に直接取付用の孔2a,6aを形成してもよい。
尚、この場合、台座11による空気抵抗がなく、流体の
流れをより一層乱さない構成になる。
【0038】前記流体測定用プローブAを、図9〜図1
2、図15及び図16に示すように流体速度検出部aの
みで構成してもよい。尚、この場合、流体速度検出部a
を流体温度検出部に変更してもよい。図に示す2a及び
11aは、ビス止め用の孔である。
【0039】図17及び図18に前記流体測定用プロー
ブAの他の構成を示している。これは、前記流体速度検
出部a及び前記流体温度検出部b夫々の中心部の内部に
孔14が形成されるように、前記基台2,6を成形し
て、流体速度検出部a及び流体温度検出部bを中空構造
にすることによって、流体速度検出部a及び流体温度検
出部bに伝わって放出される熱量を少なくし、検出精度
を高めるようにしている。
【0040】
【発明の効果】接触センサを嵌合保持させる凹入部を取
付台に形成することにより、取り付け作業者が誰であっ
ても、同一の検出性能を持つバラツキの少ない接触セン
サを容易に組み立てることができ、量産できる安価な流
体用プローブを提供できる製造面で有利なものにするこ
とができた。
【0041】しかも、従来のような被覆部材を介在させ
ることなく、樹脂層で直接検出させる構成にしてあるか
ら、従来に比して誤差の少ない精度の高い接触センサを
提供することができ、実用面で有利なものにできた。
【0042】又、樹脂層の横側面と取付台の横側面とが
面一になるように工夫するだけで、流体の流れを阻止す
ることなくスムーズに案内することができ、これに起因
する接触センサの検出誤差を回避することができた。し
たがって、接触センサを多数配設し、それらセンサから
の情報を平均化して室内全体の平均流速、もしくはダク
ト内の平均流速等を検出する場合においても、流体の流
動抵抗に起因する検出誤差を少なくでき、より精密なデ
ータを得ることができるのである。
【0043】さらに、取付台を板状体に構成することに
よって、従来のようなセンサの首振り現象に起因する検
出精度の低下及び破損の両方を一挙に回避することがで
き、例えば速度の速い流体の速度検出を行う場合におい
ても、良好な検出が行える使用面においても有利なもの
にすることができた。
【0044】流速センサと温度センサとを用いることに
よって、特に周囲の急激な温度変化があったとしても、
それを温度センサによる検出データにて補正することが
できるから、正確な流速を検出することができる信頼性
の高い流体測定用プローブを提供することができる。そ
して、2つのセンサの取付台の間に流体が通過通過する
ための空間を形成することによって、流速センサから放
出される熱の影響を温度センサが受けることがなく、真
の温度を測定することができ、2つのセンサを一体的に
取り付ける場合における検出誤差の不具合を確実に回避
した状態での流体の流速測定ができるのである。
【0045】取付台を熱伝導率の低い合成樹脂で成形す
ることによって、凹入部を精度よく容易に形成すること
ができることは勿論のこと、接触式センサが自らを発熱
させる流速センサであっても、流速センサから放出され
る熱が取付台に伝わり難くすることができ、樹脂層から
伝導される熱のみを検出して、流速センサ4の検出精度
を一層高めることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】流速センサの取付部を示す要部斜視図
【図2】流速センサの取付部を示す要部断面図
【図3】流体測定用プローブの縦断面図
【図4】流体測定用プローブの正面図
【図5】流体測定用プローブの平面図
【図6】流体測定用プローブの斜視図
【図7】ダクト内の流体測定用プローブの取り付け構造
を示す断面図
【図8】ダクト内の流体測定用プローブの取り付け構造
を示す拡大図
【図9】流体測定用プローブの別の実施例を示す斜視図
【図10】流体測定用プローブの別の実施例を示す縦断
面図
【図11】流体測定用プローブの別の実施例を示す斜視
【図12】流体測定用プローブの別の実施例を示す縦断
面図
【図13】流体測定用プローブの別の実施例を示す斜視
【図14】流体測定用プローブの別の実施例を示す縦断
面図
【図15】流体測定用プローブの別の実施例を示す斜視
【図16】流体測定用プローブの別の実施例を示す縦断
面図
【図17】流体測定用プローブの別の実施例を示す斜視
【図18】流体測定用プローブの別の実施例を示す縦断
面図
【符号の説明】
1 電極 2 基台 2a 孔 3 取付台 3a 凹入部 3m 横側面 3n 横側面 4 流速センサ 5 樹脂層 5m 横側面 5a 端面 6 第2基台 6a 孔 7 電極 8 第2取付台 9 温度センサ 10 樹脂層 10a 端面 11 台座 11a 孔 12 リード線 13 リード線 14 孔 15 空間 A 流体測定用プローブ a 流体速度検出部 b 流体温度検出部 D ダクト T 幅 t 幅

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接触式センサを取り付けるための取付台
    の流路方向上流側端部に、該接触式センサを所定姿勢で
    嵌合保持するための凹入部を形成し、前記接触式センサ
    の前記凹入部への嵌合保持姿勢で該接触式センサと前記
    取付台とを一体的に固定させるための熱伝導性合成樹脂
    から成る樹脂層を備えさせるとともに、前記樹脂層の流
    路上流側端面を流線形に加工してある流体測定用プロー
    ブ。
  2. 【請求項2】 前記樹脂層の横側面と前記取付台の横側
    面とが面一状になるように構成してある請求項1記載の
    流体測定用プローブ。
  3. 【請求項3】 前記取付台を、それの相対抗する一対ず
    つの横側面のうちの一方の横側面の幅が他方の横側面の
    幅よりも広くなる板状体に構成してある請求項1記載の
    流体測定用プローブ。
  4. 【請求項4】 前記接触式センサとして、流体の速度を
    測定する流速センサと流体の温度を測定する温度センサ
    とを用い、これらセンサを取り付けるための2つの取付
    台を、両取付台の間に流体が通過するための空間を形成
    する状態で一体的に取り付けてある請求項1記載の流体
    測定用プローブ。
  5. 【請求項5】 前記取付台を熱伝導率の低い合成樹脂で
    成形してある請求項1記載の流体測定用プローブ。
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