JP6915380B2 - 風速計および風向計 - Google Patents

Description

本発明は、風速計および風向計に関するものである。

従来、感温素子を用いて風速および風速を検出する装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の風向風速計では、熱伝導体の中心にヒータが配置され、熱伝導体の表面の風に触れる複数箇所に熱電対が取り付けられる。この風向風速計では、熱伝導体の中心に配置されたヒータが発した熱が熱伝導体を介して熱電対に伝わると共に、風によって熱電対が冷却される。これら熱電対によって検出された温度に基づいて、風向および風速が計測可能になる。

特開２０００−０１９１９５号公報

しかし、発明者の検討により、特許文献１に記載のような風向風速計には、以下のような問題点があることがわかった。

まず、特許文献１に記載のような風向風速計では、熱伝導体の中心に配置されたヒータが発した熱が熱伝導体を介して熱電対に伝えられるので、熱伝導体の熱容量が大きいと、熱電対の温度が風向、風速に追従して変化するのに時間がかる。したがって、風向風速計の応答が遅い。

本発明は上記点に鑑み、感温素子を用いて風速または風向を検出する装置の応答を従来よりも速くすることを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気抵抗値が変化する感温素子（３−１、…、３−１６）と、前記感温素子よりも熱容量が大きい筐体（２）と、前記感温素子の温度に基づいて、前記空気の風速を検出する処理部（８１）と、を備え、前記感温素子は、前記筐体の表面に配置され、前記処理部が前記風速を検出するときに、電源（８２、８２−１、…、８２−１６、８３）から通電されて発熱しており、前記筐体の熱抵抗は、前記空気の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする風速計である。

このように、感温素子自体が通電されて発熱するようになっていることで、空気以外の熱源と感温素子の間の熱容量がなくなる。したがって、風速計における風速の変化に対する応答が速くなる。

また、上記目的を達成するための請求項３に記載の発明は、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気抵抗値が変化する複数個の感温素子（３−１、…、３−１６）と前記複数個の感温素子の各々よりも熱容量が大きい筐体（２）と、前記複数個の感温素子の温度に基づいて、前記空気の風向を検出する処理部（８１）と、を備え、前記複数個の感温素子は、前記筐体の表面に配置され、前記処理部が前記風向を検出するときに、電源（８２、８２−１、…、８２−１６、８３）から通電されて発熱しており、前記筐体の熱抵抗は、前記空気の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする風向計である。

このように、感温素子自体が通電されて発熱するようになっていることで、空気以外の熱源と感温素子の間の熱容量がなくなる。したがって、風向計における風向の変化に対する応答が速くなる。

なお、本欄および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載されて当該用語の例となる具体物等との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る風向風速計の全体構成図である。 図１の上方から風向風速計を見たときの図である。 感温素子の形状を示す図である。 計測部の構成を示す図である。 電流源から供給される電流値の変動を示すグラフである。 処理部が実行する処理のフローチャートである。 感温素子における温度の経時変化を示すグラフである。 従来の風向風速計が適用された場合の熱回路網を示す図である。 実施形態の風向風速計が適用された場合の熱回路網を示す図である。 表面温度と外気温の差の経時変化を示す図である。 第２実施形態に係る風向風速計の筐体、感温素子、支柱、配線の構成図である。 図１１の下方から風向風速計を見たときの図である。 計測部の構成を示す図である。 感温素子の抵抗値の変動を示すグラフである。 処理部が実行する処理のフローチャートである。 第３実施形態に係る計測部の構成を示す図である。 電流源から供給される電流値の変動を示すグラフである。 処理部が実行する処理のフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図１に示すように、風向風速計１は、筐体２、１６個の感温素子３−１、…、３−１６、支柱４、配線６、ケーブル７、および計測部８を有している。風向風速計１は、風向風速計１の周囲を流れる風の向きおよび速さを計測し、計測結果を電気信号として出力する。風向風速計１は、車両に搭載されていてもよいし、車両以外のものに搭載されていてもよい。

筐体２は、計測すべき方位に対して断面形状が円形となる電気的絶縁体である。具体的には、筐体２は、樹脂製の球体である。筐体２に用いられる樹脂は、例えば、ポリアミドまたはＰＥＥＫである。ＰＥＥＫは、ポリエーテルエーテルケトンの略である。

１６個の感温素子３−１、…、３−１６は、図１、図２に示すように、筐体２の表面に分散して貼り付けられている。これにより、感温素子３−１、…、３−１６は、筐体２の周囲を流れる空気（すなわち外気）に接触する。したがって、感温素子３−１、…、３−１６は、外気と熱伝導により熱交換することで、外気から熱的に影響を受ける。

図１、図２に示すように、感温素子３−１、…、３−１６の中心位置は、方位角が２２．５度ずつずれて０°から３３７．５°まで等間隔で配置されている。また、図１、図２に示すように、感温素子３−１、…、３−１６の中心位置の各々は、極角が−４５°、０°、４５°のいずれかに配置されており、かつ、方位角が隣り合う感温素子に対して極角が４５度ずれて配置されている。また、中心位置の極角が−４５°に配置されている感温素子と方位角が隣り合う２つの感温素子は、中心位置の極角が０°である。また、中心位置の極角が４５°に配置されている感温素子と方位角が隣り合う２つの感温素子も、中心位置の極角が０°である。また、中心位置の極角が０°に配置されている感温素子と方位角が隣り合う２つの感温素子は、一方の中心位置の極角が−４５°であり、他方の中心位置の極角が４５°である。

より具体的には、感温素子３−１、３−５、３−９、３−１３の各々は、中心位置の極角が−４５°となる。また、感温素子３−２、３−４、３−６、３−８、３−１０、３−１２、３−１４、３−１６の各々は、中心位置の極角が０°となる。また、感温素子３−３、３−７、３−１１、３−１５の各々は、中心位置の極角が４５°となる。

ここで、極角および方位角は、筐体２の中心を中心とする球面座標表示における極角θおよび方位角φである。より具体的には、ある方向の極角は、その方向とｚ軸方向が成す角度であり、その方向の方位角は、その方向をｘ−ｙ平面に射影した方向とｘ軸方向とが成す角度である。本実施形態では、ｚ軸は、筐体２の中心を通り、図１中上下方向に伸びる軸であり、ｘ軸は当該中心を通りｚ軸に直交する軸であり、ｙ軸は当該中心を通りｚ軸およびｘ軸に直交する軸である。また、ｘ−ｙ平面は、ｘ軸とｙ軸とを含む平面である。

感温素子３−１、…、３−１６の各々は、白金、ニッケル等の導電性金属から成る。感温素子３−１、…、３−１６の各々は、図３に示すように蛇行しながら一端から他端まで伸びている。感温素子３−１、…、３−１６の各々は、通電されると発熱する電気抵抗である。そして、感温素子３−１、…、３−１６は、筐体２の周囲を流れる空気以外に由来する熱によって、すなわち自己への通電によって自ら発生する熱によって、温度上昇する。感温素子３−１、…、３−１６に用いられる金属は、温度が上昇するにつれて電気抵抗値（以下、単に抵抗値という）が増大する。つまり、感温素子３−１、…、３−１６は、自己の温度に応じて電気的特性すなわち抵抗値が変化する。

支柱４は、筐体２の下端（すなわちｚ軸方向の反対側の端部）に固定された円筒形状の部材である。支柱４は、ｚ軸に平行に伸びている。

図１、図２、図４に示すように、配線６は感温素子３−１、…、３−１６を直列に接続すると共に、感温素子３−１、…、３−１６の各々を計測部８に接続する。配線６は、感温素子３−１、…、３−１６の両端から出て筐体２の表面に沿って伸び、一部は感温素子３−１、…、３−１６に接続し、残りの一部は筐体２の内部に入る。そして配線６は、筐体２の内部に入った後に支柱４の内部を通り、ケーブル７によって纏められて、計測部８に引き込まれる。

計測部８は、図４に示すように、１６個の電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６、処理部８１、電流源８２を有している。電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６は、感温素子３−１、…、３−１６に、この順に一対一に対応している。電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６の各々から、対応する感温素子の両端間の電圧に応じた信号が、処理部８１に入力される。

このように、電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６の各々は、対応する感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量（すなわち電圧）を検出する電気的物理量計である。そして、電流源８２は、感温素子３−１、…、３−１６に及ぼされる電流および電圧のうち上記一方の電気的物理量（すなわち電圧）とは異なる他方の電気的物理量（すなわち電流）を制御する電源である。

処理部８１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータである。ＣＰＵは、ＲＯＭに記録されたプログラムを実行し、その際にＲＡＭを作業領域として使用する。ＣＰＵがプログラムを実行することにより、処理部８１が後述する種々の処理を実行する。

電流源８２は、感温素子３−１、…、３−１６に所定の電流を供給する回路である。電流源８２から供給される電流の電流値は、処理部８１によって制御可能となっている。

以上のような構成の風向風速計１の作動について、以下説明する。まず処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６に供給される電流値が図５の様に変化するよう、電流源８２を制御する。これにより、電流源８２は、図５に示す通り、一定の高電流値Ｉ_１と高電流値Ｉ_１よりも低い一定の低電流値Ｉ_０を、０．２５秒毎に交互に切り替えて、感温素子３−１、…、３−１６に供給する。その結果、電流源８２から感温素子３−１、…、３−１６に供給される電流の電流値は、０．５秒周期で変動する。

感温素子３−１、…、３−１６の各々においては、高電流値Ｉ_１が流れている場合の方が、低電流値Ｉ_０が流れている場合に比べて、単位時間当たりの発熱量が多い。

なお、電流源８２から供給される電流値の変動周期は、０．５秒に限られない。また、電流値変動の１周期内において高電流値Ｉ_１が実現する時間長と低電流値Ｉ_０が実現する時間長との比は、同じであってもよいし異なっていてもよい。

また、処理部８１は、上述のように電流源８２を制御している期間中に、電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６から入力された信号に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６の両端に印加された１６個の電圧値を繰り返し特定する。そして処理部８１は、特定した１６個の電圧値と当該電圧値が実現した時点に電流源８２から感温素子３−１、…、３−１６に流れる電流値との組を、ＲＡＭ中の所定の履歴領域に記録する。

電圧値を特定するタイミングが発生する周期は、感温素子３−１、…、３−１６に供給される電流値の変動の各周期において、高電流値Ｉ_１が実現する時点と低電流値Ｉ_０が実現する時点の各々で１回または複数回電圧を特定できる程度に、短い。電圧値を特定するタイミングはサンプリングタイミングである。サンプリングタイミングが発生する周期はサンプリング周期である。

また、処理部８１は、上述のように電流源８２を制御している期間中に、図６に示す処理を繰り返し（例えば０．５秒よりも長い１秒間隔で）実行する。図６の処理においては、処理部８１は、まずステップ１０５で、感温素子３−１、…、３−１６の各々について特定された、過去の所定の連続する複数の変動周期（例えば直近の３周期）中の各サンプリングタイミングに上記履歴領域に記録された電圧値および電流値を、ＲＡＭから取得する。変動周期は、感温素子３−１、…、３−１６に供給される電流値の変動周期である。

続いて処理部８１は、ステップ１１０で、直前のステップ１０５で取得した電圧値および電流値に基づいて、各サンプリングタイミングにおける感温素子３−１、…、３−１６の温度を算出する。これにより、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の、過去の連続する複数の変動周期の各々において、高電流値Ｉ_１が実現する時点と低電流値Ｉ_０が実現する時点の両方における温度を、取得することができる。

なお、各感温素子の各サンプリングタイミングの時点における電圧値および電流値からその時点のその感温素子の温度を算出する方法は、以下の通りである。まず、処理部８１は、その時点においてその感温素子の両端に印加される電圧値を、その時点においてその感温素子に流れる電流値で、除算する。これによって、その時点におけるその感温素子の抵抗値が得られる。次に処理部８１は、当該抵抗値に対応する温度を、温度抵抗値テーブルを用いて特定する。温度抵抗値テーブルは、処理部８１のＲＯＭにあらかじめ記憶されており、感温素子３−１、…、３−１６の温度と、その温度において感温素子３−１、…、３−１６が実現する抵抗値との、１対１の対応関係を規定するデータである。

このようにしてステップ１１０で得られた或る感温素子における温度の経時変化の一例を、図７に示す。感温素子３−１、…、３−１６における温度は、図７に例示するように、極大値と極小値が周期的に交互に訪れる変化を示す。ある感温素子における風速が変化すると、その感温素子の温度変化における極大値Ｔ１および極小値Ｔ２が変化し、その結果、図７に示すように、極大値Ｔ１と極小値Ｔ２の差がＴｄ１からＴｄ２に変化する。

ステップ１１０に続いて処理部８１は、ステップ１１５で、直前のステップ１０５で取得した電圧値および電流値に基づいて、各サンプリングタイミングにおける感温素子３−１、…、３−１６の単位時間当たりの発熱量を算出する。以下、単位時間当たりの発熱量を熱流量という。これにより、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の、過去の連続する複数の変動周期の各々において、高電流値Ｉ_１が実現する時点と低電流値Ｉ_０が実現する時点の両方における熱流量を、取得することができる。

なお、各感温素子の各サンプリングタイミングの時点における電圧値および電流値からその時点のその感温素子の熱流量を算出する方法は、以下の通りである。すなわち、処理部８１は、その時点においてその感温素子の両端に印加される電圧値に、その時点においてその感温素子に流れる電流値を、乗算する。これによって、その時点におけるその感温素子の熱流量が得られる。

続いて処理部８１は、ステップ１２０で、直前のステップ１１０で取得した温度を用いて、感温素子３−１、…、３−１６の各々について、すべての極大温度Ｔ１およびすべての極小温度Ｔ２を抽出する。Ｔ１およびＴ２の単位は［Ｋ］である。

各感温素子について温度が極大となったすべてのサンプリングタイミングは、各変動周期において、電流源８２から供給される電流値が高電流値Ｉ_１から低電流値Ｉ_０に切り替わる前の最後のサンプリングタイミングである。また、各感温素子について温度が極小となったすべてのサンプリングタイミングは、各変動周期において、電流源８２から供給される電流値が低電流値Ｉ_０から高電流値Ｉ_１に切り替わる前の最後のサンプリングタイミングである。

続いて処理部８１は、ステップ１２５で、直前のステップ１１５で取得した熱流量を用いて、感温素子３−１、…、３−１６の各々について、すべての極大熱流量Ｑ１およびすべての極小熱流量Ｑ２を算出する。Ｑ１およびＱ２の単位は［Ｗ］である。極大熱流量Ｑ１が第１熱流量に対応し、極小熱流量Ｑ２が第２熱流量に対応する。

各感温素子において熱流量が極大となったすべてのサンプリングタイミングは、各変動周期において、電流源８２から供給される電流値が高電流値Ｉ_１から低電流値Ｉ_０に切り替わる前の最後のサンプリングタイミングである。また、当該感温素子において熱流量が極大となったすべてのサンプリングタイミングにおいて、当該感温素子の温度も極大になる。

各感温素子において熱流量が極小となったすべてのサンプリングタイミングは、各変動周期において、電流源８２から供給される電流値が低電流値Ｉ_０から高電流値Ｉ_１に切り替わる前の最後のサンプリングタイミングである。また、当該感温素子において熱流量が極小となったすべてのサンプリングタイミングにおいて、当該感温素子の温度も極小になる。

続いて処理部８１は、ステップ１３０で、直前のステップ１２０、１２５の計算結果に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６の個々について、複数個のｈ＝（Ｑ２−Ｑ１）／｛（Ｔ２−Ｔ１）×Ｓ｝｝を算出する。ここで、Ｓは、当該感温素子の表面積であり、あらかじめ処理部８１のＲＯＭに記録されている。このようにして算出される量ｈは、単位が［Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）］となる熱伝達率である。ある感温素子について算出される量ｈは、当該感温素子からその周囲の空気への熱伝達率である。

或る感温素子について算出される複数個の熱伝達率ｈは、その感温素子についてステップ１２０、１２５で抽出した複数の極大温度Ｔ１、複数の極小温度Ｔ２、複数の極大熱流量Ｑ１、および複数の極小熱流量Ｑ２から算出される。

具体的には、複数個の熱伝達率ｈの各々は、あるサンプリングタイミングにおける極大温度Ｔ１および極大熱流量Ｑ１と、その後に極小温度および極小熱流量が実現した最初のサンプリングタイミングにおける極小温度Ｔ２および極小熱流量Ｑ２から、上記式ｈ＝（Ｑ２−Ｑ１）／｛（Ｔ２−Ｔ１）×Ｓ｝で算出される。

各感温素子の熱伝達率ｈは、当該感温素子の周囲を流れる風の風速に依存して変化することが知られている。そして、風速が大きいほど熱伝達率が高くなることが知られている。

したがって、処理部８１によって算出される風速は、Ｑ２からＱ１を減算した量の絶対値が大きくなるほど大きく、かつ、Ｔ２からＴ１を減算した量の絶対値が大きくなるほど小さくなる。

この熱伝達率ｈは、感温素子３−１、…、３−１６の周囲を流れる風の温度（すなわち外気温）Ｔ_Ａと相関しない量である。風速に相関しかつ外気温Ｔ_Ａに相関しない熱伝達率ｈをこのようにして算出できる理由について、以下説明する。

まず、ある物体からその周囲に流れる熱流量Ｑ、当該物体からその周囲の空気への熱伝達率ｈ、当該物体の温度Ｔ、当該物体の周囲の温度（すなわち外気温）Ｔ_Ａの間には、Ｑ＝ｈ×（Ｔ−Ｔ_Ａ）×Ｓという関係があることが知られている。

この関係に基づけば、当該物体の温度が経時的に変動し、かつ、外気温Ｔ_Ａが経時的に変動しない場合、以下の２つの等式が両立する。
Ｑ１＝ｈ×（Ｔ１−Ｔ_Ａ）×Ｓ
Ｑ２＝ｈ×（Ｔ２−Ｔ_Ａ）×Ｓ
ここで、Ｑ１、Ｔ１は、或る時点において当該物体からその周囲に流れる熱流量および当該物体の温度である。また、Ｑ２、Ｔ２は、それぞれ、別の時点において当該物体からその周囲に流れる熱流量および当該物体の温度である。

これら２つの等式を連立させてＴ_Ａを消去すると、
ｈ＝（Ｑ２−Ｑ１）／｛（Ｔ２−Ｔ１）×Ｓ｝
という式が得られる。上述のステップ１３０では、この式を利用して、感温素子３−１、…、３−１６とその周囲の空気の熱伝達率ｈが算出される。

この算出法は、外気温Ｔ_Ａの変動周期が感温素子３−１、…、３−１６の発熱量の変動周期よりも十分（例えば１０倍以上）長い場合に精度が高い。この算出法を用いれば、外気温Ｔ_Ａがわからなくても熱伝達率ｈを算出可能である。

したがって、本実施形態の風向風速計１では、外気温センサが不要であり、実際設けられていない。外気温センサが不要なので、外気温の空間分布が顕著にある車両のエンジンルームでも、エンジンルーム内の複数の位置に風向風速計１を配置することで、外気温センサを不要とする簡易な構成で、風向および風速を多点計測できる。

続いてステップ１３５では、直前のステップ１３０の算出結果に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６について算出された複数個の熱伝達率ｈの統計代表値（例えば平均値、中央値、最大値、最小値）ｈｍを算出する。

続いて処理部８１は、ステップ１４０で、直前のステップ１３５で算出した統計代表値ｈｍに基づいて、感温素子３−１、…、３−１６の周囲を流れる風の速度（すなわち風速）を、風速テーブルに基づいて導出する。

風速テーブルは、処理部８１のＲＯＭにあらかじめ記憶されており、熱伝達率と風速との１対１の対応関係を規定するデータである。処理部８１は、直前のステップ１３５で算出した統計代表値ｈｍを熱伝達率として風速テーブルに適用することで、統計代表値ｈｍに対応する風速を導出する。このようにして、感温素子３−１、…、３−１６の周囲の風速が得られる。

処理部８１は、続くステップ１４５、１５０で、感温素子３−１、…、３−１６の周囲の風向を導出する。具体的には、処理部８１は、まずステップ１４５で、所定のサンプリングタイミングにおける１６個の感温素子３−１、…、３−１６の温度のうち、低いものから順に４個の温度Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４を抽出する。ここでは、温度Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４はすべて異なる値であるとする。所定のサンプリングタイミングは、例えば、最新のサンプリングタイミングでもよい。

続いてステップ１５０では、抽出した４つの温度に基づいて、風向を算出する。算出方法は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の温度Ｔｓが以下の式（１）のように極角θ、方位角φの関数で近似されることを利用する。
Ｔｓ＝ａ×（θ^２＋φ^２）＋ｂ×θ＋ｃ×φ＋ｄ （１）
ここで、Ｔｓは、対象となる感温素子の温度、θおよびφは当該感温素子の中心位置の極角および方位角である。またａ、ｂ、ｃ、ｄは定数である。

具体的には、処理部８１は、温度Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４を示した感温素子について、温度、中心位置の極角、中心位置の方位角の３つの値を上記式（１）に代入する。それにより、ａ、ｂ、ｃ、ｄに関する４つの連立方程式（２）、（３）、（４）、（５）を得る。
Ｔｘ１＝ａ×（θ_１ ^２＋φ_１ ^２）＋ｂ×θ_１＋ｃ×φ_１＋ｄ （２）
Ｔｘ２＝ａ×（θ_２ ^２＋φ_２ ^２）＋ｂ×θ_２＋ｃ×φ_２＋ｄ （３）
Ｔｘ３＝ａ×（θ_３ ^２＋φ_３ ^２）＋ｂ×θ_３＋ｃ×φ_３＋ｄ （４）
Ｔｘ４＝ａ×（θ_４ ^２＋φ_４ ^２）＋ｂ×θ_４＋ｃ×φ_４＋ｄ （５）
処理部８１は、この連立方程式を解いてａ、ｂ、ｃ、ｄを算出する。そして、算出したａ、ｂ、ｃ、ｄを式（１）に代入し、更に式（１）の１階全微分がゼロになるθ、φを算出する。処理部８１は、算出したθ、φの位置から筐体２の中心に向かう方向を、風向として決定する。ステップ１５０の後、図６の１回分の処理が終了する。

このような処理により、処理部８１は、繰り返し定期的に、筐体２および感温素子３−１、…、３−１６の周囲の風速および風向を計測することができる。処理部８１は、上記のように算出した風速および風向を、定期的に計測部８の外部の装置に出力する。例えば、風向風速計１が車両に搭載されている場合、処理部８１は、上記のように算出した風速および風向を、車室内で乗員に風速および風向を表示する装置に出力してもよい。

以上のような構成および作動の風向風速計１は、特許文献１に記載の風向風速計に比べて、風速の変化に対する応答が速く、かつ、風向の変化に対する応答も速い。このことの理由について、以下説明する。

まず、特許文献１に記載の風向風速計は、樹脂筐体の中心に発熱するヒータ（すなわち中心熱源）が設けられおり、この中心からの発熱と、外気に晒された樹脂筐体表面の冷却により、樹脂筐体表面に温度場が形成される。このような構成では、樹脂筐体自体の熱容量が樹脂筐体表面の温度変化を妨げるので、風向および風速の変化に対する応答が遅い。すなわち、風向および風速が変化しても、樹脂筐体表面の温度場がその変化に応答するまで時間がかかる。

図８に、特許文献１に記載のような風向風速計およびその周囲から成る系の熱回路網を示す。特許文献１に記載のような風向風速計では、図８に示すように、中心熱源と表面の間で樹脂筐体が熱抵抗Ｒおよび熱容量Ｃとして振る舞う。そして、樹脂筐体の周囲の外気は、熱抵抗Ｒｘおよび熱浴Ｓｘとして振る舞う。このように、特許文献１に記載の風向風速計では、樹脂筐体が中心熱源と表面の間で熱容量Ｃとして振る舞うので、風向および風速が変化しても、樹脂筐体表面の温度場がその変化に応答するまで時間がかかる。したがって、風向、風速の検出精度が低い。

図９に、本実施形態の風向風速計１およびその周囲から成る系の熱回路網を示す。この図に示すように、風向風速計１では、筐体２が熱抵抗２Ｒおよび熱容量２Ｃとして振る舞う。そして、筐体２の周囲の外気は、熱抵抗Ｒｘおよび熱浴Ｓｘとして振る舞う。筐体２の熱容量２Ｃは、感温素子３−１、…、３−１６のうちどの感温素子の熱容量よりも、大きい。そして、熱源である感温素子３−１、…、３−１６は、熱的に筐体２と外気の間にあり、かつ、温度センサとしての役割も果たす。

このように、感温素子３−１、…、３−１６自体が通電されて発熱するようになっていることで、空気以外の熱源と感温素子３−１、…、３−１６の間の熱容量がなくなる。つまり、熱容量が大きい筐体２に感温素子３−１、…、３−１が取り付けられていても、筐体２の熱容量が感温素子３−１、…、３−１６の応答性に悪影響を及ぼす可能性が低減される。したがって、風向風速計１における風速および風向の変化に対する応答が速くなる。

しかも、筐体２の熱抵抗２Ｒは外気の熱抵抗Ｒｘよりも十分大きい。したがって、感温素子３−１、…、３−１６で発生した熱は、筐体２には殆ど伝達されず、図９中の白抜き矢印に示すように、殆ど外気のみに伝達される。つまり、感温素子３−１、…、３−１６で発生した熱は、筐体２を介さずに直接外気へ放出される。

このように、感温素子３−１、…、３−１６で発生した熱は、筐体２よりも外気により多く伝達される。したがって、筐体２に熱が溜まって感温素子３−１、…、３−１６の応答性に悪影響を及ぼす可能性が低減される。

風向風速計１が以上のようになっていることで、風向および風速のどちらか一方または両方が変化した場合、筐体２の表面の温度は、筐体２の熱容量２Ｃに殆ど阻害されることなく、高い応答速度で変化する。その結果、感温素子３−１、…、３−１６の温度も風速および風向の変化に対する応答が速い。したがって、風向および風速の検出精度が向上する。

実際、図１０に示すように、本実施形態の風向風速計１における筐体２の表面温度と外気温の差９１は、従来の風向風速計における樹脂筐体の表面温度と外気温の差９０に比べて、素速く低下する。

このように、風向風速計１においては、感温素子３−１、…、３−１６に供給される電流値の変動を制御することで、風向および風速を計測することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態の風向風速計１は、第１実施形態の風向風速計１と同様、筐体２、１６個の感温素子３−１、…、３−１６、支柱４、配線６、ケーブル７、および計測部８を有している。風向風速計１の搭載先は、第１実施形態と同様である。

筐体２の構成は、第１実施形態と同じである。感温素子３−１、…、３−１６の構成および配置も、第１実施形態と同様である。支柱４の構成も第１実施形態と同じである。

配線６の接続形態は、第１実施形態と異なっている。具体的には、本実施形態の配線６は、図１１、図１２、図１３に示すように、感温素子３−１、…、３−１６の各々を計測部８に接続する。

配線６は、感温素子３−１、…、３−１６の両端から出て筐体２の表面に沿って伸び、筐体２の内部に入る。そして配線６は、筐体２の内部に入った後に支柱４の内部を通り、ケーブル７によって纏められて、計測部８に引き込まれる。

本実施形態の計測部８は、第１実施形態と異なり、図１３に示すように、１６個の電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６、処理部８１、１６個の電流源８２−１、…、８２−１６を有している。電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６風向風速計１は、第１実施形態と同様に、対応する感温素子の両端の電圧値を検出して５１に出力する。

電流源８２−１、…、８２−１６は、感温素子３−１、…、３−１６と、この順に１対１で対応している。電流源８２−１、…、８２−１６の各々は、対応する感温素子に所定の電流を供給する回路である。電流源８２−１、…、８２−１６から対応する感温素子に供給される電流の電流値は、処理部８１によって互いに独立に制御可能となっている。

このように、電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６の各々は、対応する感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量（すなわち電圧）を検出する電気的物理量計である。そして、電流源８２−１、…、８２−１６の各々は、対応する感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち上記一方の電気的物理量（すなわち電圧）とは異なる他方の電気的物理量（すなわち電流）を制御する電源である。

以上のような構成の風向風速計１の作動について、以下説明する。まず処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値がすべて同様に図１４の様に変化するよう、電流源８２−１、…、８２−１６を制御する。

このために、処理部８１は、電流源８２−１、…、８２−１６のそれぞれを制御対象として、以下のような制御を行う。以下、制御対象の電流源を対象電流源といい、対象電流源に対応する感温素子を対象感温素子といい、対象感温素子に対応する電圧計を対象電圧計という。

処理部８１は、対象電流源から対象感温素子に供給されている電流値と、対象電圧計から出力される電圧値とに基づいて、対象感温素子の抵抗値を算出する。そして処理部８１は、算出した抵抗値に基づいて、対象感温素子の抵抗値が目標抵抗値になるように、対象電流源から対象感温素子に供給される電流値を増加、減少、または維持させる。目標抵抗値は、図１４の様に変化する。

したがって、処理部８１は、対象電流源から対象感温素子に供給されている電流値と、対象電圧計から出力される電圧値とを利用したフィードバック制御により、対象感温素子の抵抗値が図１４の様に変化するよう、対象電流源を制御する。

このような制御により、電流源８２−１、…、８２−１６からの電流が変化し、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値が、図１４の様に、一定の高抵抗値Ｒ_１と高抵抗値Ｒ_１よりも低い一定の低抵抗値Ｒ_０とを、０．２５秒毎に交互に示す。その結果、電流源８２−１、…、８２−１６から感温素子３−１、…、３−１６に供給される電流値および感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値は、０．５秒周期で変動する。

感温素子３−１、…、３−１６は、自己の温度が上昇すると抵抗値が上がる傾向にあるので、感温素子３−１、…、３−１６の各々においては、高抵抗値Ｒ_１となっている場合の方が、低抵抗値Ｒ_０となっている場合に比べて、熱流量が多い。

感温素子３−１、…、３−１６の個々においては、当該感温素子の周囲の空気の温度（すなわち外気温）、風向、風速が同じなら、高抵抗値Ｒ_１となっている場合の当該感温素子の熱流量および温度は、どの時点においても同じである。

同様に、感温素子３−１、…、３−１６の個々においては、当該感温素子の周囲の空気の温度（すなわち外気温）、風向、風速が同じなら、低抵抗値Ｒ_２となっている場合の当該感温素子の熱流量および温度は、どの時点においても同じである。

なお、抵抗値の変動周期は、０．５秒に限られない。また、抵抗値変動の１周期内において高抵抗値Ｒ_１が実現する時間長と低抵抗値Ｒ_０が実現する時間長との比は、同じであってもよいし異なっていてもよい。

また、処理部８１は、上述のように電圧源８３を制御している期間中に、電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６から入力された信号に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６のそれぞれについて、両端間の電圧値を繰り返し特定する。そして処理部８１は、特定した１６個の電圧値と当該電圧値が実現した時点における感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値との組を、ＲＡＭ中の所定の履歴領域に記録する。

電圧値を特定するタイミングが発生する周期は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値の変動の各周期において、高抵抗値Ｒ_１が実現する時点と低抵抗値Ｒ_０が実現する時点の各々で１回または複数回電圧を特定できる程度に、短い。電圧値を特定するタイミングはサンプリングタイミングであり、サンプリングタイミングが発生する周期はサンプリング周期である。

また、処理部８１は、上述のように電圧源８３を制御している期間中に、図１５に示す処理を繰り返し（例えば０．５秒よりも長い１秒間隔で）実行する。図１５の処理においては、処理部８１は、まずステップ１０５で、感温素子３−１、…、３−１６の各々について特定された、過去の所定の連続する複数の変動周期（例えば直近の３周期）中の各サンプリングタイミングに上記履歴領域に記録された電圧値および抵抗値を、ＲＡＭから取得する。変動周期は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値の変動周期である。

続いて処理部８１は、ステップ１１０で、直前のステップ１０５で取得した抵抗値に基づいて、各サンプリングタイミングにおける感温素子３−１、…、３−１６の温度を算出する。これにより、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の、過去の連続する複数の変動周期の各々において、高抵抗値Ｒ_１が実現する時点と低抵抗値Ｒ_０が実現する時点の両方における温度を、取得することができる。なお、各感温素子の各サンプリングタイミングの時点における抵抗値に対応する温度は、第１実施形態と同様の温度抵抗値テーブルを用いて特定することができる。

このようにしてステップ１１０で得られた或る感温素子における温度は、図７に例示するように、極大値と極小値が周期的に交互に訪れる変化を示す。ある感温素子における風速が変化すると、その感温素子の温度変化における極大値Ｔ１および極小値Ｔ２が変化し、その結果、図７に示すように、極大値Ｔ１と極小値Ｔ２の差がＴｄ１からＴｄ２に変化する。

ステップ１１０に続いて処理部８１は、ステップ１１５で、直前のステップ１０５で取得した電圧値および抵抗値に基づいて、各サンプリングタイミングにおける感温素子３−１、…、３−１６の単位時間当たりの発熱量（すなわち熱流量）を算出する。これにより、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の、過去の連続する複数の変動周期の各々において、高抵抗値Ｒ_１が実現する時点と低抵抗値Ｒ_０が実現する時点の両方における熱流量を、取得することができる。

なお、各感温素子の各サンプリングタイミングの時点における電圧値および抵抗値からその時点のその感温素子の熱流量を算出する方法は、以下の通りである。すなわち、処理部８１は、その時点においてその感温素子の両端に印加される電圧値の自乗から、その時点におけるその感温素子の抵抗値を、除算する。これによって、その時点におけるその感温素子の熱流量が得られる。ステップ１２０からステップ１５０までの処理内容は、第１実施形態と同じである。

このように、本実施形態のように感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値が制御される風向風速計１においても、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値の変動を制御することで第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態の風向風速計１は、第１実施形態の風向風速計１と同様、筐体２、１６個の感温素子３−１、…、３−１６、支柱４、配線６、ケーブル７、および計測部８を有している。風向風速計１の搭載先は、第１実施形態と同様である。

筐体２の構成は、第１実施形態と同じである。感温素子３−１、…、３−１６の構成および配置も、第１実施形態と同様である。支柱４の構成も第１実施形態と同じである。

配線６の接続形態は、第１実施形態と異なっている。具体的には、本実施形態の配線６は、図１１、図１２、図１６に示すように、感温素子３−１、…、３−１６を並列に接続すると共に、感温素子３−１、…、３−１６の各々を計測部８に接続する。

配線６は、感温素子３−１、…、３−１６の両端から出て筐体２の表面に沿って伸び、筐体２の内部に入る。そして配線６は、筐体２の内部に入った後に支柱４の内部を通り、ケーブル７によって纏められて、計測部８に引き込まれる。

本実施形態の計測部８は、第１実施形態と異なり、図１６に示すように、１６個の電流計Ａ１、…、Ａ１６、処理部８１、電圧源８３を有している。電流計Ａ１、…、Ａ１６は、感温素子３−１、…、３−１６に、この順に一対一に対応している。電流計Ａ１、…、Ａ１６の各々は、対応する感温素子に直列に接続されている。電流計Ａ１、…、Ａ１６の検出結果は、処理部８１に入力される。

処理部８１のハードウェア構成は第１実施形態と同じである。

電圧源８３は、感温素子３−１、…、３−１６の各々に所定の電圧を印加する回路である。電圧源８３から印加される電圧値は、処理部８１によって制御可能となっている。

このように、電流計Ａ１、…、Ａ１６の各々は、対応する感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量（すなわち電流）を検出する電気的物理量計である。そして、電圧源８３は、感温素子３−１、…、３−１６に及ぼされる電流および電圧のうち上記一方の電気的物理量（すなわち電流）とは異なる他方の電気的物理量（すなわち電圧）を制御する電源である。

以上のような構成の風向風速計１の作動について、以下説明する。まず処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６に印加される電圧値が図１７の様に変化するよう、電圧源８３を制御する。これにより、電圧源８３は、図１７に示す通り、一定の高電圧値Ｖ_１と高電圧値Ｖ_１よりも低い一定の低電圧値Ｖ_０を、０．２５秒毎に交互に切り替えて、感温素子３−１、…、３−１６に印加する。その結果、電圧源８３から感温素子３−１、…、３−１６に印加される電圧値は、０．５秒周期で変動する。

感温素子３−１、…、３−１６の各々においては、高電圧値Ｖ_１が流れている場合の方が、低電圧値Ｖ_０が流れている場合に比べて、熱流量が多い。

感温素子３−１、…、３−１６の個々においては、当該感温素子の周囲の空気の温度（すなわち外気温）、風向、風速が同じなら、高電圧値Ｖ_１が印加されている場合の当該感温素子の熱流量および温度は、どの時点においても同じである。

同様に、感温素子３−１、…、３−１６の個々においては、当該感温素子の周囲の空気の温度（すなわち外気温）、風向、風速が同じなら、低電圧値Ｖ_２が印加されている場合の当該感温素子の熱流量および温度は、どの時点においても同じである。

なお、電圧源８３から印加される電圧値の変動周期は、０．５秒に限られない。また、電圧値変動の１周期内において高電圧値Ｖ_１が実現する時間長と低電圧値Ｖ_０が実現する時間長との比は、同じであってもよいし異なっていてもよい。

また、処理部８１は、上述のように電圧源８３を制御している期間中に、電流計Ａ１、…、Ａ１６から入力された信号に基づいて、感温素子３−１、…、３−１６に流れる電流の１６個の電流値を繰り返し特定する。そして処理部８１は、特定した１６個の電流値と当該電流値が実現した時点に電圧源８３から感温素子３−１、…、３−１６に印加される電圧値との組を、ＲＡＭ中の所定の履歴領域に記録する。

電流値を特定するタイミングが発生する周期は、感温素子３−１、…、３−１６に印加される電圧値の変動の各周期において、高電圧値Ｖ_１が実現する時点と低電圧値Ｖ_０が実現する時点の各々で１回または複数回電圧を特定できる程度に、短い。電流値を特定するタイミングはサンプリングタイミングであり、サンプリングタイミングが発生する周期はサンプリング周期である。

また、処理部８１は、上述のように電圧源８３を制御している期間中に、図１８に示す処理を繰り返し（例えば０．５秒よりも長い１秒間隔で）実行する。図１８の処理においては、処理部８１は、まずステップ１０５で、感温素子３−１、…、３−１６の各々について特定された、過去の所定の連続する複数の変動周期（例えば直近の３周期）中の各サンプリングタイミングに上記履歴領域に記録された電流値および電圧値を、ＲＡＭから取得する。変動周期は、感温素子３−１、…、３−１６に印加される、供給される電流値の変動周期である。

続いて処理部８１は、ステップ１１０で、直前のステップ１０５で取得した電流値および電圧値に基づいて、各サンプリングタイミングにおける感温素子３−１、…、３−１６の温度を算出する。これにより、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の、過去の連続する複数の変動周期の各々において、高電流値Ｉ_１が実現する時点と低電流値Ｉ_０が実現する時点の両方における温度を、取得することができる。なお、各感温素子の各サンプリングタイミングの時点における電圧値および電流値からその時点のその感温素子の温度を算出する方法は、第１実施形態と同じである。

このようにしてステップ１１０で得られた或る感温素子における温度は、図７に例示するように、極大値と極小値が周期的に交互に訪れる変化を示す。ある感温素子における風速が変化すると、その感温素子の温度変化における極大値Ｔ１および極小値Ｔ２が変化し、その結果、図７に示すように、極大値Ｔ１と極小値Ｔ２の差がＴｄ１からＴｄ２に変化する。

ステップ１１０に続いて処理部８１は、ステップ１１５で、直前のステップ１０５で取得した電圧値および電流値に基づいて、各サンプリングタイミングにおける感温素子３−１、…、３−１６の単位時間当たりの発熱量（すなわち熱流量）を算出する。これにより、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の各々の、過去の連続する複数の変動周期の各々において、高電圧値Ｖ_１が実現する時点と低電圧値Ｖ_０が実現する時点の両方における熱流量を、取得することができる。なお、各感温素子の各サンプリングタイミングの時点における電圧値および電流値からその時点のその感温素子の熱流量を算出する方法は、第１実施形態と同じである。ステップ１２０からステップ１５０までの処理内容は、第１実施形態と同じである。

このように、本実施形態のように感温素子３−１、…、３−１６への印加電圧が制御される風向風速計１においても、感温素子３−１、…、３−１６に印加される電圧値の変動を制御することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。特に、ある量について複数個の値が例示されている場合、特に別記した場合および原理的に明らかに不可能な場合を除き、それら複数個の値の間の値を採用することも可能である。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。また、本発明は、上記各実施形態に対する以下のような変形例および均等範囲の変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。

（変形例１）
上記第１、第２、第３実施形態においては、風向と風速の両方を計測する風向風速計が例示されている。しかし、応答性を高めるために発熱する感温素子３−１、…、３−１６を用いる手法は、風向と風速のうち風向のみを計測するタイプの風向計にも適用可能であり、また、風向と風速のうち風速のみを計測するタイプの風速計にも適用可能である。なお、第１、第２、第３実施形態における風向風速計１は、風向を計測するので風向計の一種であると共に、風速を計測するので風速計の一種でもある。

（変形例２）
上記第１、第２、第３実施形態では、感温素子３−１、…、３−１６の数は１６個設けられている。しかし、感温素子の数は１６個より多くてもよいし少なくてもよい。また、風速を検出して風向を検出しないのなら、感温素子の数は１個でもよい。

（変形例３）
処理部８１は、ステップ１４５、１５０の方法に代えて、別の方法で風向を算出してもよい。例えば、処理部８１は、所定のサンプリングタイミングにおける１６個の感温素子３−１、…、３−１６の温度のうち、最も低い温度となっている感温素子を特定し、当該感温素子の中心位置から筐体２の中心への方向を風向として特定してもよい。

（変形例４）
流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気的特性が変化する感温素子は、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗に限られず、例えば、熱電対であってもよい。

（変形例５）
上記実施形態では、外気温Ｔ_Ａを利用せずに風向および風速を算出しているが、必ずしもこのようになっておらずともよい。例えば、第１実施形態において、高い応答性を実現するためだけなら、処理部８１は、外気温センサから外気温Ｔ_Ａを取得し、取得した外気温Ｔ_Ａを用いて風速および風向を検出してもよい。その場合、電流源８２から感温素子３−１、…、３−１６に印加される電流値が一定になっていてもよい。

（変形例６）
上記実施形態では、感温素子３−１、…、３−１６が自ら発熱するようになっているが、外気温Ｔ_Ａを利用せずに風速を検出するためだけなら、自ら発熱しなくてもよい。その場合、例えば、特許文献１のように、筐体２の中心に配置されたヒータから感温素子３−１、…、３−１６が熱を受けて温度上昇するようになっていてもよい。この場合、感温素子として可変抵抗ではなく熱電対が用いられていてもよい。

（変形例７）
第２実施形態では、電流源８２−１、…、８２−１６は、抵抗値が高抵抗値Ｒ_１と低抵抗値Ｒ_０とを交互に実現するように感温素子に通電している。そして、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値が高抵抗値Ｒ_１であるときに電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６が検出した電圧（すなわち、一方の電気的物理量）に基づいて、Ｑ１およびＴ１を特定する。また、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値が低抵抗値Ｒ_０であるときに電圧計Ｖ１、…、Ｖ１６が検出した電圧（すなわち、一方の電気的物理量）に基づいて、Ｑ２およびＴ２を特定する。

しかし、電圧源が、抵抗値が高抵抗値Ｒ_１と低抵抗値Ｒ_０とを交互に実現するように感温素子に通電していてもよい。その場合、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値が高抵抗値Ｒ_１であるときに電流計Ａ１、…、Ａ１６が検出した電流（すなわち、一方の電気的物理量）に基づいて、Ｑ１およびＴ１を特定してもよい。また、処理部８１は、感温素子３−１、…、３−１６の抵抗値が低抵抗値Ｒ_０であるときに電流計Ａ１、…、Ａ１６が検出した電圧（すなわち、一方の電気的物理量）に基づいて、Ｑ２およびＴ２を特定してもよい。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、風速計は、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気抵抗値が変化する感温素子と、前記感温素子の温度に基づいて、前記空気の風速を検出する処理部と、を備える。前記感温素子は、前記処理部が前記風速を検出するときに、電源から通電されて発熱している。

このように、感温素子自体が通電されて発熱するようになっていることで、空気以外の熱源と感温素子の間の熱容量がなくなる。したがって、風速計における風速の変化に対する応答が速くなる。

また、第２の観点によれば、風速計は、前記感温素子よりも熱容量が大きい筐体を備え、前記感温素子は、前記筐体の表面に配置されている。

このように、熱容量が大きい筐体に感温素子が配置されていても、筐体の熱容量が感温素子の応答性に悪影響を及ぼす可能性が低減される。したがって、風速計における風速の変化に対する応答が速くなる。

また、第３の観点によれば、前記筐体の熱抵抗は、前記空気の熱抵抗よりも大きい。このようになっていることで、感温素子で発生した熱は、筐体よりも外気により多く伝達される。したがって、筐体に熱が溜まって感温素子の応答性に悪影響を及ぼす可能性が低減される。

また、第４の観点によれば、風速計は、前記感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量を検出する電気的物理量計（Ｖ１、…、Ｖ１６、Ａ１、…、Ａ１６）を備える。前記電源は、前記感温素子に及ぼされる前記電流および前記電圧のうち前記一方の電気的物理量とは異なる他方の電気的物理量を制御する。前記処理部は、前記電源に制御される前記他方の電気的物理量および前記電気的物理量計が検出した前記一方の電気的物理量に基づいて、前記風速を検出する。このような関係の電気的物理量計と電源を用いることで、処理部が風速を検出することができる。

また、第５の観点によれば、風向計は、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気抵抗値が変化する複数個の感温素子（３−１、…、３−１６）と、前記複数個の感温素子の温度に基づいて、前記空気の風向を検出する処理部（８１）と、を備える。前記複数個の感温素子は、前記処理部が前記風向を検出するときに、電源から通電されて発熱している。

このように、感温素子自体が通電されて発熱するようになっていることで、空気以外の熱源と感温素子の間の熱容量がなくなる。したがって、風向計における風向の変化に対する応答が速くなる。

また、第６の観点によれば、風速計は、流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に前記空気以外に由来する熱によって温度上昇し、自己の温度に応じて電気的特性が変化する感温素子（３−１、…、３−１６）と、前記感温素子が検出した温度に基づいて、前記空気の風速を検出する処理部（８１）と、を備える。前記処理部は、前記感温素子から前記空気へ流れる熱流量が第１熱流量であるときの前記感温素子の第１温度と、前記第１熱流量と、前記感温素子から前記空気へ流れる熱流量が前記第１熱流量とは異なる第２熱流量であるときの前記感温素子の第２温度と、前記第２熱流量とに基づいて、前記空気の風速を算出する。前記処理部によって算出される前記風速は、前記第２熱流量から前記第１熱流量を減算した量の絶対値が大きくなるほど大きく、かつ、前記第２熱流量から前記第１熱流量を減算した量の絶対値が大きくなるほど小さくなる。

ある物体からその周囲に流れる熱流量Ｑ、当該物体からその周囲の空気への熱伝達率ｈ、当該物体の温度Ｔ、当該物体の周囲の温度（すなわち外気温）Ｔ_Ａの間には、Ｑ＝ｈ×（Ｔ−Ｔ_Ａ）という関係があることが知られている。

発明者は、この関係に着目し、当該物体の温度が経時的に変動し、かつ、外気温Ｔ_Ａが経時的に変動しない場合、以下の２つの等式が両立することを見出した。
Ｑ１＝ｈ×（Ｔ１−Ｔ_Ａ）
Ｑ２＝ｈ×（Ｔ２−Ｔ_Ａ）
ここで、Ｑ１、Ｔ１は、或る時点において当該物体からその周囲に流れる熱流量および当該物体の温度である。また、Ｑ２、Ｔ２は、それぞれ、別の時点において当該物体からその周囲に流れる熱流量および当該物体の温度である。

そして発明者は、これら２つの等式を連立させてＴ_Ａを消去すると、
ｈ＝（Ｑ２−Ｑ１）／（Ｔ２−Ｔ１）
という式が得られることを見出した。熱伝達率ｈから風速を算出することが可能なため、この式によれば、Ｑ１、Ｑ２、Ｔ１、Ｔ２に相当する量がわかれば外気温Ｔ_Ａがわからなくても風速を算出することができる。そして、上記第１熱流量がＱ１に相当し、上記第１温度がＴ１に相当し、上記第２熱流量がＱ２に相当し、上記第２温度がＴ２に相当する。しがって、上記のような構成で、外気温センサを必須とせず、風速を検出することができる。

また、第７の観点によれば、風速計は、前記感温素子に印加される電圧値を検出する電圧計（Ｖ１、…、Ｖ１６）を備える。前記感温素子は前記感温素子の温度に応じて電気抵抗値が変化し、前記電源は、前記感温素子に供給される電流値が所定の高電流値（Ｉ_１）と前記高電流値よりも小さい所定の低電流値（Ｉ_０）とを交互に実現するように前記感温素子に通電する。前記処理部は、前記感温素子に供給される電流値が前記高電流値であるときに前記電圧計が検出した前記電圧値および前記高電流値に基づいて、前記第１熱流量および前記第１温度を特定し、前記感温素子に供給される電流値が前記低電流値であるときに前記電圧計が検出した前記電圧値および前記高電流値に基づいて、前記第２熱流量および前記第２温度を特定する。このように、感温素子に供給される電流値の変動を制御することで、風速を計測することができる。

また、第８の観点によれば、風速計は、前記感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量を検出する電気的物理量計（Ｖ１、…、Ｖ１６、Ａ１、…、Ａ１６）を備える。前記感温素子は前記感温素子の温度に応じて電気抵抗値が変化する。前記電源は、前記電気抵抗値が所定の高抵抗値（Ｒ_１）と前記高抵抗値よりも小さい所定の低抵抗値（Ｒ_０）とを交互に実現するように前記感温素子に通電する。前記処理部は、前記感温素子の電気抵抗値が前記高抵抗値であるときに前記電気的物理量計が検出した前記一方の電気的物理量に基づいて、前記第１熱流量および前記第１温度を特定し、前記感温素子の電気抵抗値が前記低抵抗値であるときに前記電気的物理量計が検出した前記一方の電気的物理量に基づいて、前記第２熱流量および前記第２温度を特定する。このように、感温素子の電気抵抗値の変動を制御することで、風速を計測することができる。

また、第９の観点によれば、風速計は、前記感温素子に供給される電流値を検出する電流計（Ａ１、…、Ａ１６）を備える。前記感温素子は前記感温素子の温度に応じて電気抵抗値が変化する。前記電源は、前記感温素子に印加される電圧値が所定の高電圧値（Ｖ_１）と前記高電圧値よりも小さい所定の低電圧値（Ｖ_０）とを交互に実現するように前記感温素子に通電する。前記処理部は、前記感温素子に印加される電圧値が前記高電圧値であるときに前記電流計が検出した前記電流値および前記高電圧値に基づいて、前記第１熱流量および前記第１温度を特定し、前記感温素子に印加される電圧値が前記低電圧値であるときに前記電流計が検出した前記電流値および前記高電圧値に基づいて、前記第２熱流量および前記第２温度を特定する。このように、感温素子に印加される電圧値の変動を制御することで、風速を計測することができる。

１ 風向風速計
２ 筐体
３−１、…、３−１６ 感温素子
８１ 処理部
８２、８２−１、…、８２−１６ 電流源
８３ 電圧源

Claims (3)

1. 流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気抵抗値が変化する感温素子（３−１、…、３−１６）と、
   前記感温素子よりも熱容量が大きい筐体（２）と、
   前記感温素子の温度に基づいて、前記空気の風速を検出する処理部（８１）と、を備え、
   前記感温素子は、前記筐体の表面に配置され、前記処理部が前記風速を検出するときに、電源（８２、８２−１、…、８２−１６、８３）から通電されて発熱しており、
   前記筐体の熱抵抗は、前記空気の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする風速計。
2. 前記感温素子に及ぼされる電流および電圧のうち一方の電気的物理量を検出する電気的物理量計（Ｖ１、…、Ｖ１６、Ａ１、…、Ａ１６）を備え、
   前記電源は、前記感温素子に及ぼされる前記電流および前記電圧のうち前記一方の電気的物理量とは異なる他方の電気的物理量を制御し、
   前記処理部は、前記電源に制御される前記他方の電気的物理量および前記電気的物理量計が検出した前記一方の電気的物理量に基づいて、前記風速を検出する請求項１に記載の風速計。
3. 流れる空気から熱的に影響を受ける位置に配置されると共に、自己の温度に応じて電気抵抗値が変化する複数個の感温素子（３−１、…、３−１６）と、
   前記複数個の感温素子の各々よりも熱容量が大きい筐体（２）と、
   前記複数個の感温素子の温度に基づいて、前記空気の風向を検出する処理部（８１）と、を備え、
   前記複数個の感温素子は、前記筐体の表面に配置され、前記処理部が前記風向を検出するときに、電源（８２、８２−１、…、８２−１６、８３）から通電されて発熱しており、
   前記筐体の熱抵抗は、前記空気の熱抵抗よりも大きいことを特徴とする風向計。

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