JP4813867B2 - 流体の流速センサおよびその動作方法 - Google Patents
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Description
以下の好ましい実施形態の説明は本質的に単なる例示であり、本発明と、その応用または使用を限定する意図はない。
Rntc=Rfixed*(Vref−Vout)/(Vref+Vout)
本発明の目的で、両サーミスタT1とT2はプロセスを通して同一の温度であり、即ちT=T1=T2であり、R3=R4=Rfixedであることが仮定される。絶対温度値(T)は次式に従って計算される。
T=(1/T0+In(Rntc/R0)/β)-1
ここで温度T0=298.15゜Kであり、R0は温度T0におけるサーミスタT1aとT2aの抵抗であり、βはサーミスタの温度感度を示す固有のパラメータである。
(Tj−Tj-1)/(tj−tj-1)
微分演算は1次導関数の文脈で説明されるが、温度対時間曲線の高次の導関数が使用されてもよいことが更に理解すべきである。高次の導関数の使用はさらにセンサの応答時間を改良することが考えられている。
T−Tfinal=(Tstart−Tfinal)exp(−Kt)
ここでTstartは、流体の流動の開始におけるサーミスタの温度であり、Tfinalは流体の流動を受けるときのサーミスタの定常状態の温度であり、tは流動開始後の時間である。Kは定数であり、流体による冷却速度を表し、センサの感度の尺度であると考えられる。センサは流体の流動により対流的に冷却されるので、Kは流速の平方根に比例する。
Claims (16)
- 流体の温度変化を自動的に補償する流体速度センサにおいて、
検出モジュールを具備するプローブと、
前記プローブに電気的に接続されている制御モジュールと、
前記制御モジュールに接続され、前記制御モジュールの出力を別の装置またはユーザに転送するI/Oモジュールとを具備し、
前記検出モジュールは、加熱されている第1のサーミスタと、加熱されている第2のサーミスタと、加熱されていない第3のサーミスタと、加熱されていない第4のサーミスタとを有する検出回路と、加熱抵抗を有している加熱回路とを具備し、
前記検出回路の第1のサーミスタは第3のサーミスタと直列に結合されて4ワイヤのブリッジ回路の第1の脚部を形成し、第2のサーミスタは第4のサーミスタと直列に結合されて4ワイヤのブリッジ回路の第2の脚部を形成し、第1のサーミスタと第3のサーミスタはそれぞれ第2のサーミスタと第4のサーミスタと並列に結合され、第3と第4のサーミスタは、第1と第2のサーミスタに対して流体の上流に配置され、
前記検出回路はサーミスタの温度の変化に応答して変化する電圧を出力するように構成され、その電圧は第1と第3のサーミスタとの間および第2と第4のサーミスタの間の温度差を表しており、
前記加熱回路は、前記検出回路から電気的に絶縁されているが、前記検出回路と熱的には絶縁されておらず、加熱エネルギは前記加熱抵抗から前記加熱されている第1と第2のサーミスタに伝達されるが、前記加熱抵抗から前記加熱されない第3と第4のサーミスタには伝達されないように構成され、
前記制御モジュールは、時間にわたって前記検出モジュールの検出回路の出力電圧を監視し、時間にわたる前記検出回路の出力電圧の変化率を決定し、流体の流速を示す出力を生成するように構成されている流体速度センサ。 - 前記制御モジュールは時間にわたってサーミスタの温度の変化率を決定する請求項1記載の流体速度センサ。
- 前記検出モジュールは熱伝導ポリマーのカプセルに収容されている請求項1記載の流体速度センサ。
- 前記プローブは流体通路を含むプローブ本体を有しており、
前記検出回路と前記加熱回路は、プローブ本体の前記流体通路内において前記検出モジュールのセラミック基板の部分上に前記第1乃至第4の全てのサーミスタと加熱抵抗とが配置されるように構成されている請求項1記載の流体速度センサ。 - 検出モジュールは方形形状であり、その長さと幅の比率は3対2であり、検出モジュールの幅はプローブ本体の縦軸に沿って測定された長さである請求項4記載の流体速度センサ。
- 検出モジュールは前記流体通路中を流れる流体の方向に対して垂直であり、検出モジュールは熱伝導のポリマーで構成されているハウジングに収容されている請求項4記載の流体速度センサ。
- 流体の温度変化を自動的に補償する流体速度センサのためのプローブにおいて、
管状部材で構成され、その縦軸に沿って延在する流体通路を有する本体と、
検出回路と加熱回路を具備している検出モジュールとを具備し、
前記検出回路は、前記縦軸に沿って延在する流体通路内に位置する基板の部分上に配置されている第1、第2、第3、および第4のサーミスタを具備し、第1のサーミスタは第3のサーミスタと直列に結合されて4ワイヤのブリッジ回路の第1の脚部を形成し、第2のサーミスタは第4のサーミスタと直列に結合されて4ワイヤのブリッジ回路の第2の脚部を形成し、第1のサーミスタと第3のサーミスタはそれぞれ第2のサーミスタと第4のサーミスタと並列に結合され、
前記検出回路は、4ワイヤのブリッジ回路を横切る第1と第3のサーミスタの間と第2と第4のサーミスタの間との温度差を表しており、
前記加熱回路は、前記流体通路内に位置する基板の部分上の第1および第2のサーミスタに近接して配置された加熱抵抗を具備し、
前記加熱回路は、前記検出回路からは電気的に絶縁されているが、前記検出回路と熱的には絶縁されておらず、加熱エネルギは前記加熱抵抗に近接して配置されることにより前記加熱抵抗から第1および第2のサーミスタに伝達されるが、前記加熱抵抗からの加熱エネルギは第3とおよび第4のサーミスタには伝達されないように構成され、
前記第3および第4のサーミスタは加熱されておらず、第1と第2のサーミスタに対して流体の上流に配置されている流体速度センサのプローブ。 - 前記基板はセラミックで構成されている請求項7記載のプローブ。
- 前記検出モジュールは熱伝導性のポリマーのカプセルに収容されている請求項7記載のプローブ。
- 前記本体はさらに、前記流体通路内に配置されているハウジングを具備し、前記検出モジュールはその一部が通路内に位置するようにハウジング内に受入れられている請求項7記載のプローブ。
- 前記検出モジュールの全てのサーミスタは前記流体通路内に位置されている請求項10記載のプローブ。
- 前記本体は熱伝導性のポリマーで構成されている請求項7記載のプローブ。
- 流体ライン中の流体の温度変化を自動的に補償するように構成された流体の流速センサにおいて、
流体ラインと連通して流体を流す通路を有している請求項7記載のプローブと、
前記プローブに電気的に接続されている制御モジュールとを具備し、
前記制御モジュールは、ブリッジ回路を横切る温度差を監視して、時間にわたってその温度差の変化率を決定し、流体の流速を示す出力を生成するように構成されている流体速度センサ。 - 請求項1記載の流体流速センサの動作方法において、
前記プローブを通って流体を流すのに先立って、加熱される第1のサーミスタと加熱される第2のサーミスタとを予め加熱し、
前記第1のサーミスタと第2のサーミスタとが予め加熱されて加熱された状態になった後に流体の流動を開始し、
時間にわたって前記複数のサーミスタの温度を測定し、
前記複数のサーミスタの温度の変化率を決定し、
決定された前記サーミスタの温度変化率を流体の流速に相関させるステップを含んでいる方法。 - さらに、流体の流速を表す出力信号をI/Oモジュールへ提供するステップを含んでいる請求項14記載の方法
- 温度の変化は、4ワイヤのブリッジ回路の第1の脚部のサーミスタと4ワイヤのブリッジ回路の第2の脚部のサーミスタとの間の温度差を識別することにより測定される請求項14記載の方法。
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