JP4700525B2 - 熱信号書込装置 - Google Patents
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Description
また、流体を媒体とした熱の移動時間の変化から、流路に作用する角速度及び流体の流速を計測する熱移動型流体検知装置が提案されている。この装置では、流路内を流れる流体を交流駆動による発熱体で加熱し、この流体によって伝達される熱を下流側に設けたヒートセンサにより検出することにより、発熱体の駆動信号とヒートセンサの検知信号との位相差から角速度を検出したり、あるいは、ヒートセンサによる検知波形と加熱交流波形との位相差から熱移動時間を求めて流速を割り出すことができるとされる。(たとえば、特許文献1参照)
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱信号の書込パターンが明確になる熱信号書込装置を提供することにある。
本発明に係る熱信号書込装置は、媒体が流れる流路の適所に固定設置され、流路内を移動する媒体に熱信号を書き込むための熱信号書込装置であって、
加熱または冷却により所望のパターンで温度変化させた前記熱信号を書き込むための熱源素子と、底面側を前記熱源素子の一面に密着させた熱伝導製材料よりなる錐体の先端部が前記流路と直接接触する流路支持部材と、前記熱源素子の他面側に密着させた放熱部材と、前記先端部の流路接触面を除いた前記熱源素子及び前記流路支持部材の周囲を断熱材料で被覆する耐熱被覆部と、を具備して構成したことを特徴とするものである。
1)錐体の先端部が流路と直接接触して熱信号を書き込むため、流路接触面の面積を最小とすることができる。
2)耐熱被覆部が先端部の流路接触面を除いた熱源素子及び流路支持部材の周囲を断熱材料で被覆するため、熱信号の書込位置を流路接触面に限定するとともに、熱信号書込に対する周囲温度の影響を最小とすることができる。
3)熱源素子に放熱部材を密着させて設けたことにより、熱源素子の放熱性が増して所望の温度変化を明確にすることができる。
また、上記の熱信号書込装置において、前記熱源素子はペルチェ素子であることが好ましい。
図2に示す流速検出装置Fは、流路1の適所に設けられて熱信号を書き込む熱信号書込装置10と、この熱信号書込装置10から離れた位置で書き込まれた熱信号を検出する温度センサ20と、熱信号書込装置10及び温度センサ20と配線により電気的に接続された制御部30とを備えている。
熱源素子11として好適なペルチェ素子は、p形とn形の熱電半導体を銅電極で接合した構成とされ、たとえばn形の熱半導体側から直流電流を流すことにより、一方の接合面から吸熱した熱を他方の接合面へ運んで放熱する機能を有している。このような吸熱現象はペルチェ効果と呼ばれており、直流電流が流れる方向を逆(p形の熱半導体側)にすれば熱の移動方向も完全に逆転させることができる。従って、通電を制御して放熱による加熱と吸熱による冷却とを選択切換することにより、加熱及び冷却を逆転させて高精度の温度制御が可能になる。以下では、熱源素子11をペルチェ素子として説明するが、たとえば金属抵抗(ニクロム線等)による発熱、高周波電磁誘導加熱器、ゼーベック効果素子、レーザー、光源及びマイクロ波を使用することも可能である。
流路支持部材12は、流路1との接触面積を最小とするため、たとえば図1(b)に示すような四角錐形状等の錐体とされ、その先端部(頂点部分)に流路1と接触させて熱信号を書き込む流路接触面12aが形成されている。
また、一対のペルチェ素子11は、流路1の略全周を流路接触面12aで囲むように挟持した状態で、適当な固定手段により固定される。従って、流路接触面12aと流路1とが接触する位置が、熱信号書込装置10による熱信号の書込位置となる。
図3は、制御部30の構成例を示すブロック図であり、流速検出装置Fで使用する外部電源の供給を受ける電源回路31と、外部から各種設定等の入力信号を受けるとともに、各種の演算処理及び制御等を行うCPU32と、熱信号書込装置10が熱信号を書き込むためにペルチェ素子11への通電を制御するドライブ回路33と、温度センサ20の検出値を増幅するセンサアンプ34と、算出した媒体の移動量及び移動速度(すなわち、測定値)を外部へ出力する出力回路35とを具備して構成される。なお、この場合の外部は、制御部30に設けられた各種設定用の操作スイッチ類や表示部等でもよいし、測定値を利用して二次的に利用する装置の制御部でもよい。
また、上述した熱信号の書込パターンについては、周波数やデューティー比に加えて、オフセットレベルを適宜変更することにより特有の熱信号として使用することも可能である。
上述した熱伝導時間Tが分かると、既知の測定距離Lと、実験により事前に得ることができる熱伝導速度Sとにより、媒体の移動速度Vを演算して算出することができる。
また、上述した流速検出方法では、測定距離Lを大きく設定すれば測定の感度は上昇する反面、書き込んだ熱信号は熱伝導等により拡散して消滅することが懸念される。このため、測定距離Lの設定が重要になり、測定条件や設定感度等に応じて最適値を選択することが望ましい。
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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
10 熱信号書込装置
11 ペルチェ素子(熱源素子)
12 流路支持部材
12a 流路接触面
13 ヒートシンク(放熱部材)
14 耐熱樹脂(耐熱被覆部)
20 温度センサ
30 制御部
Claims (3)
- 媒体が流れる流路の適所に固定設置され、流路内を移動する媒体に熱信号を書き込むための熱信号書込装置であって、
加熱または冷却により所望のパターンで温度変化させた前記熱信号を書き込むための熱源素子と、
底面側を前記熱源素子の一面に密着させた熱伝導製材料よりなる錐体の先端部が前記流路と直接接触する流路支持部材と、
前記熱源素子の他面側に密着させた放熱部材と、
前記先端部の流路接触面を除いた前記熱源素子及び前記流路支持部材の周囲を断熱材料で被覆する耐熱被覆部と、
を具備して構成したことを特徴とする熱信号書込装置。 - 前記流路支持部材の先端部が前記流路を両側から挟持して熱信号を書き込むように構成した二分割構造であることを特徴とする請求項1に記載の熱信号書込装置。
- 前記熱源素子がペルチェ素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱信号書込装置。
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