JP5203224B2 - プローブ - Google Patents

Description

一例として温度測定に使用することが可能なプローブについて記載する。温度プローブは、特許（出願）公報ＥＰ １４３５５１４ Ａ２、ＪＰ ５９１７１８２３ Ａ、ＤＥ １０１５９８６９ Ａ１、ＤＥ ２５４９６１９ Ａ１、ＵＳ ３６２３３６７、ＤＥ ＯＳ ２１５７０２９、ＧＢ ７３９６９４、及びＵＳ ４２６５１１５において公知である。

解決すべき課題の１つは、気流の物理パラメーターの測定に好適なプローブについて明確に述べることである。

プローブは検出素子及び検出素子の支持部材からなり、支持部材は検出素子へ気流を案内する装置を有する。

空気（ａｉｒ）のみを流体として言及したが、このプローブは任意の流体、すなわちガスや液体に使用することが可能である。

検出素子は、温度検知に好適である。検出素子には、一例として、保護膜の有無を問わないＮＴＣ素子を使用することができる。ＮＴＣは、負の温度係数（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の略称である。温度センサーをさらに追加することも可能である。

検出素子はポイントセンサーであることが好ましいため、気流案内装置を使用した可能な温度統一は、とりわけ異なる温度の気流成分を生成する空調機器のようなアプリケーションに威力を発揮する。

しかし、監視対象の気流の湿度又は含有成分の測定においても検出素子は好適である。

プローブ及び支持部材は、とりわけ気流方向に垂直で、支持部材の長軸方向の面に対し鏡面対称に配置することが望ましい。このような場合、気流方向が逆になった際も、プローブは気流の状態に応じた同一の特性を有する。プローブを鏡面対称に配置すると、自動車の暖房器具からの気流を運転席及び助手席で測定する場合のように、外部支持部材の両側に２個のプローブを取り付けた際に有利に働く。

検出素子は、直接気流に接触しないのが望ましい。したがって、吸気開口において少なくとも１個以上の遮蔽装置により気流を遮断することもある。遮蔽装置は気流の偏向をもたらす。

たとえば遮蔽板が気流の垂直方向にあり、気流が直接流入しない場合のように、遮蔽物により検出素子が遮蔽されることもある。流入する気流の方向に対し垂直に測定した線形断面寸法又は遮蔽装置の幅は、例えば垂直方向の各部について、気流の流入方向で測定した線形断面寸法又は検出素子の幅よりも大きいことが望ましい。

プローブの好適な実施例は後述する。

気流の存在する領域内、又は互いに接触しているか分離しているかを問わず、異なる領域上にできるだけ広く配置した上で、温度はプローブ内で演算するのが望ましい。気流成分は、領域全体で広く収集することが好ましい。広い領域にわたり得られた気流成分を圧縮された状態で混合した上で平均温度を測定するため、気流を導くプローブ内の流路においては検出素子の近傍で気流を圧縮する。したがって、不均質な温度分布で気流が流入した際の測定温度は平均化される。

気流案内装置は、検出素子に気流を案内する。誘導もしくは偏向により気流の元の方向を変えることが望ましい。そのため、とりわけ開口路、閉口路、及び／又は気流の方向を変更する偏向面の設置が好適である。

閉口路とは、吸気開口、排気開口により気流に接触可能で、断面で見ると支持部材の外壁により全ての面が囲まれている空洞をいう。開口路とは、支持部材の外壁に形成されたくぼみ（溝）で、望ましい方向に伸びているものをいう。

気流案内装置は、温度のようなそれぞれに異なる物理パラメーターを有する様々な気流成分を混合するのに好適な空気だめを有する。気流案内装置は、気流の温度の演算に有効に機能する。

気流案内装置は、断面に少なくとも１つ以上の圧縮部を有し、気流成分の混合に有利である。

気流案内装置には、支持部材の外側に走る少なくとも１つの溝を設置することもできる。また、気流案内装置は、第１開口領域及び第２閉口領域を有する導管を有してもよい。

気流案内装置は、改良型においては少なくとも１つの孔もしくはノズルを持つ吸気開口と排気開口を有することが望ましい。また、吸気開口又は排気開口は、気流が通るよう複数の孔を有することもある。

改良型においては、たとえば吸気圧力又は動圧により、排気開口において負圧が発生するものもある。

気流は、気流案内装置により偏向することが望ましい。たとえば、空気だめの圧縮部を形成するため、支持部材の長手方向に対して傾斜した面の設置が気流の偏向にとりわけ好適である。この面は気流の反射板として機能するため、反射面と呼ばれる。

断面で見た際に、気流の方向、すなわち検出素子に向かう方向に沿って、空気だめは徐々に細くなることが望ましい。吸気開口と検出素子との間の最小距離は、検出素子と排気開口の間の距離と同程度となるように選択されることが好ましい。別の改良型においては、吸気開口と検出素子との間の最小距離を、検出素子と排気開口との間の距離よりも長くすることもできる。

孔が適切に設置されている底部に反射面をじょうご状に形成することも可能である。検出素子は、この孔の中に設置される。この孔の近傍に排気開口を設置することが望ましい。

支持部材の長軸は、流入する気流の方向に対して横断し、すなわち垂直もしくは傾斜しており、平行ではないことが望ましい。支持部材は好ましくは２つの境界面で形成され、この境界面間には空気だめが設置され、気流は吸気開口から検出素子へ、さらに排気開口へと導かれる。検出素子、吸気開口、排気開口と同様に、気流案内装置は境界面間に設置される。境界面は、支持部材の主面であることが望ましい。

検出素子を格納する筐体として支持部材を形成することが望ましい。支持部材の材料は、とりわけ電気絶縁プラスチックが望ましい。

改良型においては、検出素子が格納されている容器の一端面に支持部材を取り付けることが望ましい。検出素子は、接続線路を用いて電気的に接続される。接続線路は、容器を貫通し支持部材の端面に達することが好ましい。この容器には、検出素子の接続線路が挿入され、強く固定されている電気プラグコネクタを設置することが可能である。

支持部材の側面に吸気開口及び排気開口を設置することが望ましい。しかし、支持部材の端面に配置することも可能である。吸気開口は支持部材の第１端面に、検出素子は第２端面に配置することが望ましい。しかし、筐体の中央部に検出素子を配置することも可能である。

気流の２つの副流を検知するため、異なる側面から検出素子まで気流が導かれる場合もある。したがって、支持部材の相対する側面（断面で見ると）に少なくとも１つの第１吸気開口及び第２吸気開口を設置することも可能である。双方の気流に対し、共通の排気開口を設けることが望ましい。

望ましい改良型においては、吸気開口と排気開口とで気流の断面積は同程度である。他の改良型においては、吸気開口における気流の断面積が排気開口における断面積よりも大きくなるよう気流案内装置が設置され、この装置に対して平行に吸気開口及び排気開口が配置される。

プローブの鏡面対称構成とするためには、少なくとも２つの遮蔽面を備えることが望ましい。ここでは、少なくとも１つの第１遮蔽面が吸気開口領域に、少なくとも１つの第２遮蔽面が排気開口領域に配置される。第１及び第２の遮蔽面は、互いに鏡面対称に形成される。

とりわけ、各遮蔽面は支持部材の一部（例：側壁）で形成することも可能である。遮蔽装置は、さらに２つの湾曲した遮蔽面を有することもあり、この遮蔽面間に検出素子が設置される。追加された遮蔽面は、検出素子の保護材で形成することも可能である。

望ましい改良型においては、検出素子の近傍を流れる気流の全成分が、少なくとも一度以上偏向している。各気流成分については、、支持部材内又は吸気開口から検出素子までの気流成分の経路長が、検出素子と支持部材表面までの最小距離よりも長いことが望ましい。この距離は、流入する気流の方向に沿って測定する。

特定の条件下では、吸気開口に流入する気流を低減させるための複数の孔を設置することが可能である。この孔は別々に離して配置することも、少なくとも１カ所は狭い間隔を空けた上で、隙間なく配置することも可能である。

吸気開口側と排気開口側の両側に別個の偏向面を設けた筐体を支持部材に少なくとも１つ以上設置することが望ましい。筐体に設置された、鏡面対称かつ対向した２つの偏向面は湾曲させることが好ましい。

検出素子近傍で支持部材の筐体及び容器の底面により流路を比較的強く圧縮することが望ましい。支持部材の長手方向かつ流入する気流に対し垂直に測定した流路の幅は、流路の高さの２倍以内に抑えることが望ましい。流路の高さは、支持部材の主面間の距離と一致する。

気流の方向に沿って測定した流路の圧縮部の長さは、この方向で測定した偏向面間の最小距離によって決定される。検出素子の断面寸法の２倍以内にこの長さを抑えることが望ましい。

流路の圧縮部の最小長及び気流の方向に沿って測定した支持部材の幅は、とりわけ小さいことが望まれる。

望ましい実施例を図によって説明する。ただし、図の寸法は正確ではない。

検出素子１を有するプローブ、及び検出素子１の支持部材２を格納する筐体を図１に示す。支持部材２は、容器２５の一端面に取り付けられている。容器２５は、プラグコネクタを有するのが好ましい。図示していないケーブル又は接続線路を容器２５を貫通させて配置し、検出素子１と接続することも可能である。

プラグ９により、プローブを電気的に接続することができる。プローブと、プローブにより生成される電流を検知及び処理する外部測定回路との電気接続にプラグ９を使用することが可能である。プラグ９は、検出素子１の接続線路の電気接続に用いる接触要素９１、９２を有する。この接触要素の基本的材料は、接続線路と比べ熱伝導率が低いことが望ましい。

筐体は、支持部材２の内側表面と、２つの偏向面６１、６２との間に空気だめ３を有する。偏向面６１、６２は湾曲している。

流入気流４は吸気開口２１から空気だめ３に達し、排気開口２２から流出される。図２Ｂは、図２Ａに示したプローブの追加図である。この図において、空気だめ３１は開口流路として構成されている。支持部材２の２つの案内面２０１、２０２及び偏向面６３によりこの流路は形成されている。この流路の開口側は吸気開口２１となる。

流入気流４及び排出気流５の方向を別個の矢印で示す。吸気開口において相互に異なる温度を有する様々な気流成分の混合に空気だめ３は好適である。

空気だめ３は、筐体の長手方向に伸びている空気案内路を有する。空気だめ３は、吸気開口に対向し気流の断面積が比較的大きな収集部３１を有する。異なる気流成分は収集部３１において混合され、気流の断面積を縮小する圧縮部３２に導かれる。排気開口２２の近傍にある圧縮部３２に検出素子１は設置される。

図１、２Ａ、２Ｂに示した改良型においては、筐体の周辺部に検出素子１が設置される。しかし、図３に示した改造型においては、検出素子１は筐体の中央部に、すなわち長手方向に対し支持部材２の端面から離して設置する。

図２Ａ、２Ｂに示した改造型においては、支持部材２の長手方向に対して傾斜している偏向面６３が設置されている。傾斜角度は４５度未満が好適である。

検出素子１の側面は、気流に直接接触しないよう遮蔽板７１により保護されている。

たとえば、この装置の筐体部分内で保持具７は支持部材２を係合させるために使用される。

図２においては、空気だめ３の圧縮部は偏向面６３の先端と遮蔽板７１の間に形成される。

図３に示した改良型においては、下部に開口部を有し、検出素子１が格納されているじょうご６４内に反射面が設置されている。図１に示したように、図中の空気だめ３は検出素子１に向かって徐々に狭まっていく。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び５Ａ、５Ｂには、検出素子１の両側を流れる、たとえば境界面２０１、２０２に平行な気流を測定するために設計された各プローブを示す。図中の吸気開口２１ａ、２１ｂと排気開口２２ａ、２２ｂは、逆に使用することも可能である。気流の方向に垂直で、格納されているプローブの長軸方向の面に対して鏡面対称にプローブを設置するのが望ましい。

図４Ａに示した検出素子１の配置は、図２Ａと対応している。図５Ａ内の検出素子１の配置は実質上図３と対応している。図２Ａ及び３に示した偏向面とは対照的に、図４Ａ及び５Ａに見られる偏向面６３、６３’、６４、６５は平面ではなく、たとえば軸対称形や双曲面状に湾曲している。反射面に一般に使用されている他の面形状も考え得る。

できる限り多くの気流成分の分析を可能にするため、すなわち比較的大きな断面積を有する気流の一部がプローブの空気だめに達し、検出素子１の方向に偏向されるよう、気流の方向によっては吸気開口となる開口通路２１ａ、２１ｂ又は２２ａ、２２ｂが配置されている。

図４Ａ、４Ｂ又は５Ａ、５Ｂに示した改良型においては、検出素子１に向かうよう気流を変向させるため、遮蔽板２３、２４が設置されている。遮蔽板２３、２４により、流入した気流３の流入断面積をできる限り縮小することが可能になる。遮蔽板２３、２４により気流に抵抗が生じ、とりわけ当初は平行であった気流成分が偏向され、異なる気流成分の混合が生じる。

流入気流４は遮蔽板２３、２４のような遮蔽部材近傍の領域で遮られ、そこで混合される。

気流の向きによるが、開口通路２１ａ又は２２ａから図４Ａに示したプローブ内に気流の大部分が導入される。検出素子１の領域における圧力の上昇を避けるため、気流４、５の少なくとも一部がこの領域の近くを通過できるようになっている。そのため、開口部２１ａ、２２ａよりも小さい開口部２１ｂ、２２ｂが検出素子１のごく近くに設置されている。

吸気開口から空気だめに流入した気流の全成分は、検出素子１が設置されている圧縮部を貫流する。気流方向に横断する投影面内の吸入開口部２１ｂ、２２ｂに対し、圧縮部は離れていることが望ましい。

図４Ａに示したプローブに対する遮蔽部材７１は、２つの反射面から形成される。検出素子１領域において、反射面は圧力の上昇を防ぐ。検出素子に気流が直接接触しないよう、遮蔽部材７１が設置されている。したがって、検出素子１と検出素子に最も近い開口部２１ｂ、２２ｂとの間の流路は長くなる。

図４Ａ及び図４Ｂに示した開口部２１ａ及び２１ｂ（又は２２ａ及び２２ｂ）は互いに連結しており、遮蔽面２３、２４が下側の境界面２０１のみに接触しているため、図５Ａ、図５Ｂとは対照的である。図５Ａ、５Ｂにおいて遮蔽板２３、２４は台形状に形成されており、２つの境界面２０１、２０２に結合している。ここで、台形形状は任意である。遮蔽面２３、２４はグリッド状といった所望の形状に設計することが可能である。

支持部材の反対側には少なくとも２個の開口部が配置されており、図４に示した開口部２１ａ及び２２ａのように、各開口部にはそれぞれ偏向面６３及び６３’が設置されている。

検出素子１近傍において、互いに対向しておりかつ湾曲した偏向面６３及び６３’を有する支持部材の筐体２０及び遮蔽部材７１の底面により、流路は比較的強く圧縮されている。長手方向で測定した流路の幅ｗは、最大でも流路の高さｈの２倍が望ましい。図４Ａ及び４Ｂを参照されたい。支持部材２の主面２０１、２０２間の距離と流路の高さｈは等しい。

図４Ｃに示した改良型においては、遮蔽部材２３、２４及び７１により過度に強い気流、とりわけ気流の直接の流入接触から検出素子１が十分に保護されるよう、流路の幅ｗは原則としてより大きく選択され得る。

偏向面６３、６３’は、検出素子１の方向に鋭角に、互いに対向して設置することが望ましい。

気流の方向に沿って測定した流路の圧縮部の長さは、この方向で測定した筐体２０の最小幅、すなわち偏向面６３、６３’間の最小距離により決定される。この長さは、最大でも検出素子１の線形断面寸法の２倍が望ましい。

図５Ａのように支持部材２の中央部に検出素子１を設置した場合は、吸気開口に好適な開口通路部２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂは各々偏向面６４、６５を有する。この場合、２つの筐体２０は偏向面６４、６５を有する。また、検出素子１の格納部における流路の圧縮部の幅ｗは、２つの筐体２０の相互に接続する端面により決定される。偏向面６４、６５の形成方法及び検出素子１の領域内の流路の調節幅ｗの取りうるその他の３パターンを点線で示す。

特徴を説明した本発明の改良型は、制限なく複数組み合わせて製造することが可能である。プローブ内の部品の形状の設計可能性は、図示した例に限定されない。

気流案内路を有するプローブの断面図である。 気流を偏向させる部材を有するプローブの断面図である。 図２Ａに示したプローブの斜視図である。 気流を偏向させるためのじょうご部分の底部に配置された検出素子を有するプローブの断面図である。 交換可能な吸気開口と排気開口、流路の圧縮部を有するプローブの断面図である。 図４Ａに示したプローブの下側からの斜視図である。 交換可能な吸気開口と排気開口を有する追加プローブの断面図である。 交換可能な吸気開口と排気開口、支持部材の中心部に設置された検出素子を有するプローブの断面図である。 図５Ａに示したプローブの下側からの斜視図である。

符号の説明

１ 検出素子
２ 支持部材
２０ 偏向面を有する筐体
２１、２１ａ、２１ｂ 吸気開口
２２、２２ａ、２２ｂ 排気開口
２３、２４ 遮蔽面
２５ プラグ格納域、容器
３ 空気だめ
３１ 空気だめの収集部
３２ 空気だめの圧縮部
４ 流入気流
５ 排出気流
６１、６２、６３、６４、６５ 偏向面
７ 保持具
７１ 気流の直接の流入を防ぐ遮蔽材
９ プローブを接続するプラグ
ｈ 流路の高さ
ｗ 流路の幅

Claims (14)

1. 検出素子（１）及び検出素子（１）の支持部材（２）を有し、
   支持部材（２）が、前記検出素子（１）に達する気流を案内するための、一体化された気流案内装置を備え、
   前記支持部材が、気流の方向に対し垂直で、支持部材の長軸が存在する面に対し、実質的に鏡面対称に形成されており、
   前記気流案内装置は、気流を前記検出素子（１）の方向に偏向し、
   前記支持部材（２）は、前記検出素子（１）に気流が直接当たらないように遮蔽する遮蔽板を有する、プローブ。
2. 前記検出素子（１）は、温度測定に好適な検出素子である、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記気流案内装置が空気だめ（３）を有する、請求項１又は２に記載のプローブ。
4. 前記空気だめ（３）が流路を有する、請求項３に記載のプローブ。
5. 前記気流案内装置が前記支持部材（２）の外側を走る溝を有する、請求項３に記載のプローブ。
6. 前記気流案内装置が少なくとも吸気開口１個及び排気開口１個を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプローブ。
7. 前記気流案内装置は、前記吸気開口において異なる温度の気流成分を混合するのに好適な構成を有する、請求項６に記載のプローブ。
8. 前記支持部材（２）は、縦軸方向に沿って傾斜している偏向面（６１、６２、６３、６４、６５）により気流（４）を偏向する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプローブ。
9. 吸入気流が空気だめ（３）内において複数の偏向面により偏向される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプローブ。
10. 吸入気流（４）を抑制するため、気流の横断面方向に配置された第１の遮蔽装置（２３）を吸気開口（２１）に少なくとも１つ有し、排出気流（５）を抑制するため、気流の横断面方向に配置された第２の遮蔽装置（２４）を吸気開口（２２）に少なくとも１つ有し、第１及び第２の遮蔽装置（２３、２４）は、互いに鏡面対称に形成される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプローブ。
11. 吸気開口として好適な各開口通路（２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ）が前記支持部材（２）の相対する２つの面に形成された、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のプローブ。
12. 前記検出素子（１）の方向に吸入気流（４）を偏向するための前記気流案内装置が、前記支持部材（２）内の各開口通路（２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ）に設置されている、請求項１１に記載のプローブ。
13. 前記遮蔽板により、流入した気流の流入断面積が縮小される、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のプローブ。
14. 前記支持部材（２）が、断面で見ると前記検出素子（１）の方に互いに対向して走る、２つの互いに鏡面対称の偏向面（６３、６３’、６４、６５）を有する筐体（２０）を少なくとも１つ備える、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のプローブを含む部品。

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