JPH02110322A - 流体速度測定用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の移動速度を測定する流体速度測定用プ
ローブに関するもので１．更に詳しくはゲルマニウム単
結晶の小片の温度変化に伴なう抵抗値の変化を利用した
流体速度測定用プローブに関するものである。

〔従来の技術〕

本願出願人は、実願昭６１−１．４０９６５号において
、ゲルマニウム単結晶の小片でなるセンサを電気絶縁性
の外被材で球形に外被して、流体の流れの方向に対する
センサの指向性を少な（した「流体速度測定用プローブ
」を提示した。

ここでは、センサとして、ゲルマニウム単結晶の小片を
利用することによって、タングステンや白金のコイルを
利用した熱線風速計の欠点である取扱いや寿命の問題点
を解決するとともに、センサを球形に外被することによ
って、センサの指向性を少なくするものであった。

しかし、外被材として、例えば、電気絶縁性の合成樹脂
を利用しており、その材料が有する断熱性から、流体と
の接触によるプローブ表面の微小な温度変化を測定する
ことが困難であり、また、完全にセンサの指向性をなく
すことは無理であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記問題点に鑑みて、取扱いが簡単で寿命の長
いゲルマニウム単結晶の小片を用いて指向性が少なく、
正確に流体速度を測定できる流体速度測定用プローブを
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明は、上記本発明の目的を達成する為に、長さ方向
基端に端子を有し、内部中空である基台と、該基台の先
端に取付けられる内部中空の支持体と、該支持体の先端
に配される単結晶ゲルマニウムの小片でなるセンサと、
該センサの長さ方向両端から引き出されるリード線と、
該リード線に接続され、前記支持体及び前記基台の中空
部に配設される配線材と、センサ挿入孔を有する金属製
の球体でなり、前記センサが該挿入孔に挿通される被覆
部材と、前記センサを前記支持体、前記配線材及び前記
被覆部材内面と離間した状態で固定する合成樹脂等でな
る絶縁性部材と、よりなる流体速度測定用プローブを構
成するものである。

ここで、被覆部材としては、銅、アルミニウム、金、銀
から選択した金属製の球体を利用することが可能である
。

また、絶縁性部材としては、エポキシ樹脂を利用するこ
とができる。

更に、配線材として、リン青銅の細線を利用することか
可能である。

［作用］ 本発明に係る流体速度測定用プローブは上述のような構
成からなり、配線材を介して、ゲルマニウム単結晶の小
片からなるセンサに電圧を印加して一定温度を保持し、
流体がセンサに接触して変化するセンサの抵抗値の変化
を、電圧、電流または電力に変換し、これに基づいて流
体速度を測定するものである。

ここで、単結晶ゲルマニウムでなるセンサを金属製の球
体である被覆部材によって被覆しているために、略全方
向からの流体の流れに正確な速度測定を行えるものであ
る。

特に被覆部材として、熱伝導率の高い金属製の球体を利
用することによって、流体速度を正確に測定することが
可能となるものであり、材質としては、銅、アルミニウ
ム、金、銀のうちから選択したものを利用することがで
きる。

また、支持体の先端から露出した配線材を合成樹脂でな
る絶縁性部材によって固定すれば、二の絶縁性部材が緩
衝材として働き、プローブの損傷を防止することができ
るものである。

ここで、被覆部材とセンサとの間隙に充填される絶縁性
部材としては、熱伝導率が高く、電気伝導度の低い合成
樹脂が採用され、例えばエポキシ樹脂を利用すれば、好
適な流体速度測定用プローブを提供することが可能とな
るものである。

〔実施例〕

本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る流体速度測定用プローブの第１実
施例の説明用側面図、第２図は本発明の第１実施例の説
明用一部拡大断面図である。

図中１は、長さ方向の基端に端子２を有し、長さ方向に
内部中空である基台であり、例えば、セラミックパイプ
等が使用されるが、材質は特に限定されるものではない
。

３は、基台１の先端に取付けられる内部中空の支持体で
あり、該支持体３としては、強度の点、コストの点等を
考慮して、例えばニッケルパイプが採用されるもので、
その地材質は特に限定されるものではない。

４は、外形が直方体形状のゲルマニウム単結晶の小片で
なるセンサであり、該センサ４の側面の上端部と下端部
に位置して、金、銀または白金等の電気良導体でなるリ
ード線５．６が取付けられてなるものである。

７は、センサ４から引き出されるリード線５．６に接続
される配線材であり、この配線材７は、絶縁材によって
被覆された被覆線８及び銅線９からなり、銅線９が被覆
線８に巻きつけられた状態で、支持体３及び基台１の内
部中空に配設され、基台１の内部中空を介して、端子２
に接続されるものである。

この時、被覆線８に巻きつけられた銅線９は、合成樹脂
等でなる固定部材１２によって固定されるが、この固定
部材１２としてはエポキシ樹脂等が採用されるものであ
る。

１０は、センサ挿入孔１１を存する金属製の球体でなる
被覆部材であり、該被覆部材１０は熱伝導率の高い金属
、例えば銅、アルミニウム、金、銀等が採用されるが、
コストの点、加工性の点を考慮して、銅またはアルミニ
ウムを使用するのが好ましいものである。

被覆部材１０として、銅を使用した場合には、表面が酸
化しやすいので、金等のメツキ処理を施す必要があり、
また、アルミニウムを使用した場合には、耐蝕性酸化皮
膜を形成することによって表面の酸化を防止するもので
ある。

１３は、センサ４を支持体３、配線材７及び被覆部材１
０内面と離間させた状態で固定する絶縁性部材であり、
該絶縁性部材１３としては、少なくとも電気絶縁性の材
料であれば、各種のものが利用でき、例えばエポキシ樹
脂、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が採用され
得るが、ここでは、エポキシ樹脂を使用するものとする
。

このような本発明に係る流体速度測定用プローブの一例
を製作する工程を説明する。

まず、外径０．８　ｍｍ、内径０．６ｍｍ、長さ３０ｍ
ｍのニッケルバイブでなる支持体３に、絶縁材によって
被覆された０、２６ｍｍ径の被覆線８及び０．１ｍｍ径
の銅線９を挿通する。

被覆線８の上に銅線９を巻きつけて、エポキシ樹脂でな
・る固定部材１２によって銅線９を固定する。

このとき、被覆線８の上に銅線９が巻きつけられ、固定
部材１２によって固定された配線材７の一部が支持体３
の先端に位置して、露出部１４を形成するようにする。

次に、０．３　［１１１１１Ｘ０．３１１１１１Ｘ１．
５　ｍｍの直方体形状でなるセンサ４から引き出されて
いるリード線５．６と配線材７の被覆線８、銅線９を接
続し、エポキシ樹脂によってセンサ４を支持体３の先端
に位置して固定する。

第３図は、この時の状態を示す説明用側面図である。

即ち、エポキシ樹脂１５によって、センサ４を配線材７
の露出部１４の先端に位置させるとともに、配線材７と
離間して固定し、エポキシ樹脂１５を露出部１４と一体
的に形成するものであり、センサ４は支持体３及び配線
材７に直接接触しないように配置され、センサ４の熱が
支持体３及び配線材７に逃げないようにしている。

この後、支持体３の内部中空に配された配線材７を基台
１の内部中空に延設して、基台１の端子２に接続すると
ともに、支持体３の後端を基台１に取付ける。

更に金属製の被覆部材１０の挿入孔１１にエポキシ樹脂
でなる絶縁性部材１３を充填し、支持体３の先端に取付
けたセンサ４を挿入する。

このとき、被覆部材１０の挿入孔１１から溢れ出た絶縁
性部材１３は、被覆部材１０表面及び配線材７の露出部
１４に付着して、支持体３の先端に位置して、被覆部材
１０をしっかりと固定する。

本発明の流体速度測定用プローブは上述のようにして作
成され、センサ４が熱伝導率の高い金属の球体でなる被
覆部材１０によって被覆されているため、流体の流れの
方向によるセンサ４の指向性をほぼなくすことが可能で
あり、流体の速度を正確に測定することが可能となるも
のである。

もちろん、センサ４としてゲルマニウム単結晶の小片を
用いているために、白金やタングステン等の、ホットワ
イヤを用いた風速計と異なり、取扱や寿命の問題点がな
くなる。

被覆部材１０として、銅、アルミニウム等の金属を利用
することは、熱伝導率が高いため、表面温度の変化を忠
実にセンサ４に伝達するとともに、加工性がよいので、
センサ挿入孔１１を有する球体を容易に形成することが
できるという利点を有するものである。

また、センサ４及び被覆部材１０を固定する絶縁性部材
１３として、エポキシ樹脂を利用している為、当該プロ
ーブを製作することが容易であり、かつ被ＩＷ部材ｌＯ
の表面の温度変化をセンサ４に確実に伝達するとともに
、センサ４と配線材７の間の断熱性を保持することがで
きるものである。

また、センサ４を内包する被覆部材１０が支持体３の先
端から離間した状態で固定されているために、センサ４
と支持体３間の断熱性が保たれるとともに、配線材７を
固定しているエポキシ樹脂でなる固定部材１２が絶縁性
部材１３と一体的に被覆部材１０を支持しているので、
露出部１４が緩衝材としてはたらき、当該プローブの損
傷を防止するものである。

金属製の被覆部材１０としては、第４図に示すようなも
のを利用することもできる。

即ち、熱伝導率の高い金属製の球体であり、センサ４を
挿入可能な挿入孔１１を有し、更に空気抜き用の貫通孔
１６を穿設したものである。

この被覆部材１０は第２図に示したものと同様に、銅、
アルミニウム、金、銀等が採用され、とくに加工性、コ
ストの点で銅またはアルミニウムを使用することが好ま
しいものである。

もちろん、銅の場合は、酸化防止用のメツキ処理を施し
、アルミニウムの場合には、耐蝕性酸化皮膜を形成する
こととする。

このようにした被覆部材１０を利用すれば、挿入孔１１
にセンサ４を挿入したときに、挿入孔１１に充填された
エポキシ樹脂が貫通孔１６内に押し出されて、挿入孔１
１内に空気が残留することがな（なる。

挿入孔１１内のエポキシ樹脂に空気が残留していると、
空気による断熱によって、正確な速度測定を不可能とす
るため、空気が残留しないように、配慮する必要がある
が、このような球体を用いることよって、容易に空気の
残留を防止することができるものある。

上述のようにした本発明に係る流体速度測定用プローブ
は、端子２及び配線材７を介してセンサ４に電圧を印加
し、センサ４を一定温度に昇温する。

流体との接触によって、センサ４は冷却されるが、一定
温度を維持するように、電圧を変化させて、この電圧変
化を検出すれば、流体の速度を測定することが可能とな
るものである。

ここで、当該プローブの長さ方向と直角な面が、流体の
流れとなす角度をαとし、この角度αを変化させるよう
にプローブを回転させて、端子間電圧を測定した結果を
第５図に示す。

この時の外部条件としては、流体速度を５ｍ／５ｅｃ一
定とし、縦軸をプローブの端子間電圧、横軸を角度αと
した実験結果を示すものである。

この実験結果より、本発明に係る流体速度測定用プロー
ブは、センサ４の長さ方向と流体の流れとがなす角度に
よる測定誤差がほぼなくなり、センサ４の指向性をほぼ
なくすことができたといえるものである。

尚、実験結果は示さなかったが、センサ４の長さ方向の
軸回りには完全に無指向性となることはいうまでもなく
、上述の結果と併せてセンサの指向性を極力少なくした
流体速度測定用プローブを提供することができるもので
ある。

第６図は本発明に係る流体速度測定用プローブの第２実
施例の説明用断面図である。

４は、第１実施例と同様のゲルマニウム単結晶の小片で
なるセンサであり、該センサ４の側面の上端部と下端部
に位置して、金、恨または白金等の電気良導体でなるリ
ード線５．６が取付けられてなるものである。

１０は、第４図に示したものと同様の金属製の被覆部材
であり、センサ４を挿通可能な挿入孔１１及び空気抜き
用の貫通孔１６を存する球体である。

この被覆部材１０もやはり、第１実施例と同様に熱伝導
率の高い材料が選択されるもので、銅、アルミニウム等
が採用され、銅の場合はその表面に酸化防止用のメツキ
処理をすることとし、アルミニウムを用いる時にはその
表面に耐蝕性酸化皮膜を形成するものである。

７は、センサ４から引き出されるリード線５．６に接続
される配線材であり、この第２実施例では、リン青銅の
細線１７．１８を絶縁性のエポキシ樹脂１９によって接
着してなるものである。

２本の細線Ｉ７．１８が接着された配線材７は、第１実
施例と同様にニッケルパイプ等の支持体３の中空に挿通
され、絶縁性のエポキシ樹脂２０によって固定される。

尚、支持体３は第１実施例と同様に基台（図示せず）に
取付けられるものである。

センサ４は、第１実施例と同様に、被覆部材１０の挿入
孔１工にエポキシ樹脂を充填した状態で挿入して固定さ
れるものであり、この時、挿入孔１１から溢れ出たエポ
キシ樹脂は除去される。

リン青銅の細線１７．１８は、例えば、制約９４％、錫
約６％に少量のリンを加えた材料を使用し、直径０．１
５ｍｍの細線に形成して、被覆部材１０と支持体３の間
に位置する露出部１４の長さを５ａｍに設定するもので
、その他は第１実施例と同一のものを使用するものであ
る。

このようにした第２実施例を第１実施例と同様に、当該
プローブの長さ方向と直角な面が、流体の流れとなす角
度をαとし、この角度αを変化させるようにプローブを
回転させて、端子間電圧を測定した結果を第７図に示す
。

この時の外部条件は、流体速度を５ｍ／５ｅｃ−定とし
、縦軸をプローブの端子間電圧、横軸を角度αとした実
験結果を示すものである。

この実験結果より、本発明の第２実施例では、第１実施
例と同様に、センサの長さ方向と流体の流れのなす角度
による測定誤差がほぼなくなり、センサ４の指向性をな
くすことができるものである。

このことは、第１実施例と同様に、熱伝導率の高い材料
で形成された球形の被覆部材１０によってセンサ４を被
覆している為に、センサ４と流体の流れとのなす角度に
関係なく、流体速度を測定することが可能となるもので
あり、あらゆる角度からの流体の流れに対応することが
可能となるものである。

また、センサ４を支持体３、配線材７及び被覆部材１０
と離間させた状態で固定する絶縁性部材１３として、エ
ポキシ樹脂等を利用している為に、金属製の被覆部材１
０の表面の温度変化を正確にセンサ４に伝達して、流体
速度の測定を行うことが可能となるものである。

また、配線材７として弾性を有するリン青銅の細線１７
．１８を利用している為に、当該プローブが他の部材に
当接して変形しても、細線１７．１８の弾性によって容
易に復元して、プローブの形状を維持することができる
ものである。

このように配線材７として、リン青銅の細線１７．１８
を用いることによって、配線材７と被覆部材１０との接
合部における強度を高くできる為、センサ４を被覆部材
１０の挿入孔１１に挿入する際に、挿入孔１１の口縁に
溢れた絶縁性部材１３は不必要となる。

このことによって、当該プローブの感度は更に良好とな
るものであり、特に被覆部材１１と配線材７との接合部
の絶縁性部材１３が削除されてなる為、角度αが大きく
なった時の測定誤差を極力小さくすることが可能となる
ものである。

〔発明の効果〕

本発明に係る流体速度測定用プローブは上述のようにし
てなり、ゲルマニウム単結晶の小片からなるセンサを利
用しているために、タングステンや白金等を利用した熱
線風速計の欠点である取り扱いや寿命の問題点を解消す
ることが可能となるものである。

また、センサの表面の熱伝導率が高い金属製の球体を被
覆しているためにセンサの長さ方向の軸回りに対して指
向性をなくすとともに、センサの長さ方向の軸と流体の
流れの方向がなす角度に対する指向性も極力少なくする
ものであり、このこ４゜ とより、センサと流体の流れの方向とがなす角度に関係
なく流体の速度を正確に測定することが可能となるもの
である。

更に、センサ及び被覆部材を固定する絶縁性部材として
、エポキシ樹脂を使用しているために、センサと支持体
との間の断熱性がよく、また被覆部材表面とセンサとの
熱伝導がよいので、流体速度を正確に測定することがで
きるものである。

また、センサ及び被覆部材がエポキシ樹脂等からなる固
定部材によって支持体と離間させられているため、セン
サの断熱性を保持することが可能であるとともに、固定
部材または配線材の弾性により当該プローブの損傷を防
止することが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流体速度測定用プローブの実施例
の説明用側面図、第２図は本発明に係る流体速度測定用
プローブの実施例説明用一部拡大断面図、第３図は本考
案に係る流体速度測定用プローブの製作工程説明用側面
図、第４図は被覆部材の他の例を示す説明用断面図、第
５図は本発明に係る流体速度測定用プローブと流体の流
れがなす角度による出力特性図、第６図は本発明に係る
流体速度測定用プローブの第２実施例の説明用断面図、
第７図は本発明の第２実施例と流体の流れとがなす角度
による出力特性図である。 １：基台、　　　　　　２：端子、 ３：支持体、　　　　　　４：センサ、５：リード線、
　　　　　６：リード線、７：配線材、　　　　　８：
被覆線、 ９：銅線、　　　　　　ｌＯ：被覆部材、１１：挿入孔
、　　　　　１２：固定部材、１３：絶縁性部材、　　
　１４：露出部、１５：エポキシ樹脂、　　１６：貫通
孔、１７：細線、　　　　　　１８：細線、１９：エポ
キシ樹脂、　　２０：エポキシ樹脂。 第１図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）長さ方向基端に端子を有し、内部中空である基台と
   、 該基台の先端に取付けられる内部中空の支持体と、 該支持体の先端に配される単結晶ゲルマニウムの小片で
   なるセンサと、 該センサの長さ方向両端から引き出されるリード線と、 該リード線に接続され、前記支持体及び前記基台の中空
   部に配設される配線材と、 センサ挿入孔を有する金属製の球体でなり、前記センサ
   が該挿入孔に挿通される被覆部材と、前記センサを前記
   支持体、前記配線材及び前記被覆部材内面と離間した状
   態で固定する合成樹脂等でなる絶縁性部材と、 よりなる流体速度測定用プローブ。 ２）被覆部材として、銅、アルミニウム、金、銀から選
   択した金属製の球体を利用してなる特許請求の範囲第１
   項記載の流体速度測定用プローブ。 ３）絶縁性部材として、エポキシ樹脂を利用してなる特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の流体速度測定用
   プローブ。 ４）配線材として、リン青銅の細線を利用してなる特許
   請求の範囲第１項または第２項または第３項記載の流体
   速度測定用プローブ。