JPH0521019Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は特願昭59−207780号に開示した各種液
体や気体の流れる速度あるいは粒体や粉体の移動
速度を測定する装置における流体速度測定用プロ
ーブの改良に関する。

〔従来の技術〕

上記技術は、ある温度領域を越えるとゲルマニ
ユウムの抵抗値が一定関数に従つて減少する特性
を利用したもので、ゲルマニユウム単結晶の小片
をセンサとし、これに電流を流して一定温度に昇
温させ、該昇温してセンサを流体に接触させるこ
とにより流体の速度変化に応じてセンサが温度変
化をし、抵抗値が変化する。このセンサの抵抗変
化に伴つて変化する電流、電圧または電力の測定
をすることによつて流体の速度を測定するもので
ある。

この装置で使用されているプローブは、第８図
に示すようにゲルマニユウム単結晶の小片でなる
センサａの下面をセンサａと略同一の端面を有す
る絶縁材且つ熱伝導不良材でなる支持体ｂの上面
に接着剤等を介して固着し、支持体ｂの両側にそ
れぞれリード線ｄ，ｅを蒸着等して固着し、この
支持体ｂは下端面で流体の力に充分耐えうる太さ
の電気絶縁物の支柱ｃの上面に立設されていた。

〔従来技術の問題点〕

上記プローブは熱線風速計の持つ問題点を解消
したものであるが、その後、更に精度を上げるた
めに種々実験および研究した結果、以下の改良す
べき点を知見した。即ち、上記プローブは支持体
ｂ、支柱ｃとの接合面積が大きいため、熱伝達が
大きく、昇温されたセンサａの熱が支持体ｂを介
して支柱ｃに逃げてしまいセンサａの温度が低下
するに従つて、順次抵抗値、電力消費量、発熱量
が増加し、測定誤差が生じるうえに支柱ｃが下方
から流れて来る流体の邪魔になり流体の方向によ
つて誤差が生じる要因となつていた。

このような問題点に鑑み、本考案は支持体ｂと
支柱ｃの接触面積を小さくして、可能な限りセン
サａの熱を支柱に逃がさず、且つ、下方から流れ
てくる流体にたいしても速度測定誤差の少ない流
体速度測定用プローブを提供せんとする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成せんとして、基台上面に互いに
離間して平行に立設される素材が電気的良導体か
らなる略円筒形の二本の支柱と、 該二本の支柱間に、上端が支柱上端より上方に
位置し且つ下端が基台上面から離間し、二本の支
柱間に空間を形成して取付けられ、センサと略同
一太さで電気絶縁材である棒状の支持体と、 該支持体の上面に接着層を介して直接固着され
るゲルマニユウムの単結晶の小片でなるセンサ
と、 よりなり前記センサに電圧を印加して流体との接
触による温度変化に伴い変化する抵抗値を電流、
電圧又は電力量の変化に変換し、流体の速度を測
定することを特徴とする流体速度測定用プローブ
を提供する。

〔作用〕

上述のように、平行配置された二本の略円筒形
の支柱側面間に支持体側面が接するように取付け
ることにより、支柱と支持体の接触面積が小さく
され、昇温されたセンサの熱が支持体を介して支
柱に逃げるのを可能な限り防止して、熱漏れによ
る流体速度の測定誤差が生じるのを防止するばか
りでなく下方から流れてくる流体が流体通過用空
間を通過することによりセンサが支持体を介して
流体と接触し、流体の方向により誤差が生じるこ
とを防止しているのである。

〔実施例〕

本考案の流体測定用プローブの実施例を図面に
ついて説明する。

第１実施例 第１図は本考案の第１実施例を示すもので、セ
ンサを可能な限り支柱等の外部材による影響を少
なくするために、支持体と支柱の接合部を小さく
したプローブである。

図中１はゲルマニユウムの単結晶からなる直方
体状のセンサで、このセンサ１の上端面と下端面
から金、銀または白金等の電気良導体でなるリー
ド線２Ａ，２Ｂを蒸着等して固着し、このリード
線２Ａ，２Ｂはセンサ１の長さ方向の両側面に塗
布された二酸化珪素等でなる絶縁層３に固着され
ている。ここで、センサ１の形状は、円筒等の各
種のものが採用されうるものであり、特に限定さ
れるものではない。４はセンサ１の長さ方向の一
端に前記リード線２Ａ，２Ｂとともにエポキシ樹
脂等の接着層６で固着された支持体で、該支持体
４は電気絶縁材であるとともに熱伝性に優れたセ
ラミツクスを棒状に形成したものである。但し、
他にガラス等の無機材料または合成樹脂等を使用
してもよい。５Ａ，５Ｂは支柱体４両側面に蒸着
された金、銀、銅または白金等の極めて導電率の
高い金属で鍍金された鍍金層で、該鍍金層５Ａ，
５Ｂの長さ方向表面にリード線２Ａ，２Ｂを半田
付けまたは導電性接着材で接着等して固着してい
る。この鍍金層５Ａ，５Ｂがリード線２Ａ，２Ｂ
とともに電流経路を可能な限り導電率を高くし
て、センサ１の測定誤差が生じるのを防止してい
る。７Ａ，７Ｂはステンレス等の導電率が高く且
つ腐食する可能性が少ない金属製円筒を基台８に
平行に立設した支柱で、この支柱７Ａ，７Ｂ上端
よりやや下側に支柱体４の下端を位置せしめ、鍍
金層５Ａ，５Ｂをリード線２Ａ，２Ｂとともに支
柱７Ａ，７Ｂに導電性接着材で接着または半田付
等して固着している。基台８は前記支柱７Ａ，７
Ｂを固定するもので、上端面が平坦な円筒形でそ
の内部は支柱７Ａ，７Ｂと接続される線材が設け
られている。但し、基台８は単に支柱を固定する
ものであり、上端面が平坦であればよくその形状
は特に限定されない。

上記流体速度測定用プローブを、電流経路につ
いて説明すると、例えば陽極センサ１の上端側と
し、陰極を下端側として電圧を印加すると往路は
支柱７Ａ→鍍金層５Ａ及びリード線２Ａ→センサ
１、復路はセンサ１→鍍金層５Ｂ及びリード線２
Ｂ→支柱７Ｂと流れる。

次に、熱経路について説明すると、電圧が印加
され、センサ１は抵抗熱を発生し昇温される。こ
の抵抗熱が支持体４を介して支柱７Ａ，７Ｂに逃
げて温度が下がり、誤差が生じるのを支持体４と
支柱７Ａ，７Ｂの接触面を極力小さくして防止し
ている。この誤差を小さくしたことは気流の速度
変化に対して応答速度をも上げたことを意味す
る。また、流体の向きに対しては、支柱７Ａ，７
Ｂ支持体４の下面および基台８上面で形成される
流体通過用空間９を流体が通過し、センサ１は支
持体４を介して下方からの流体と接触するため
に、風向きにより測定誤差が生じるのを防止する
ことができるのである。

上記プローブを用いた実験を次に示す。

第１実験例 第１実験例は第４図に示す周知の定温度回路を
使用し、センサ１の温度を一定にして、気流の温
度と速度を変化させたときの気流速度を測定した
ものである。ここで使用している定温度回路はセ
ンサ１に一定電圧を印加し、センサ１が気流との
接触により温度が低下し、上昇した電位と気流温
度を検出している温度センサ１０の電位をブリツ
ジ回路１１に供給し、ブリツジ回路１１は両電位
の差をを増幅回路１２等を介してセンサ１に帰還
することによりセンサ１の温度を一定にするもの
であり、実験データはブリツジ回路１１に供給さ
れる電位を測定している。

そこで、測定条件をセンサの温度が摂氏140度
のときと摂氏160度のときの二通りで、風速を２
〜10ｍ／秒に設定し、使用するプローブが、セン
サをゲルマニユウム単結晶にガリユウムを10¹⁴原
子／cm³程度添加したものを0.3mm×0.3mm×１mmの
略直方体に形成し、摂氏100度で300Ω程度のもの
を使用し、支持体４を長さ５mmにし、支柱７Ａ，
７Ｂを直径0.5mm長さ6.5mmとして測定した。第５
図は上記条件に基づき縦軸を測定回路の出力電
圧、横軸を風速として実験結果をプロツトしたも
のである。この実験結果から温度変化のある流体
の速度が一定の高次の多項式上にプロツトされ、
気流温度の変化に対する補償ができることと、セ
ンサの熱の逃げによる誤差が少ないことが判明し
た。

第２実験例 第２実験例は第１実施例のセンサの熱伝達と風
速の関係を実験により求めたものである。

センサの温度Twを154℃、気流温度Taを29.6
℃、40.3℃、50.2℃、60.0℃４点で測定し、風速
を０〜10メートル／秒に変化させて流体のセンサ
への熱伝達特性を 関数Qw／Tw−Ta＝Ａ＋BU_n（Ｕは風速、Qwは１秒 間に流れる熱量） として関数が直線的に変化する指数を計算機で実
験的に求めたところ、指数ｍ＝0.4のとき関数が
直線上にプロツトされることが判明した。

指数ｍ＝0.4のときの縦軸をQw／Tw−Ta 横軸を風速 としてプロツトした結果が第６図である。この関
数の内ＡとＢは定数で温度によつて変化しない。
したがつて、温度補償はこのｍ＝0.4にした関数
に基づいて行えば極めて容易に成しえ且つ熱容量
が少なく熱応答速度が良いことが判明した。

第３実験例 第３実験例は電源電圧を30Vで704Ωの抵抗を
介してセンサに接続した直列抵抗回路を用い、気
流温度を一定にして気流の方向と気流の速度を変
化させて、センサの端子間電圧を測定した。測定
に使用したセンサは第１実験例で使用したセンサ
表面にエポキシ等の合成樹脂を塗布して、感度を
少し下げたものである。感度を下げたのは第１実
験例のものが余り感度が高く、無指向性のもので
あるためである。このセンサの一側面に対して直
角方向を０度として、これに対し仰角が０度、45
度、70度の方向また仰角を０度とし、センサ１の
長軸回りに０度、45度の方向から風速を０〜
10m／秒として測定した結果が第７図である。第
７図は縦軸をセンサ１の端子間電圧、横軸を風速
としてプロツトしたもので、このグラフから仰角
に対しても、長軸回りに対しても電位変化が測定
され、本プローブが風向測定に有効であることが
判明した。

上述のように第１実施例のプローブは測定用基
準温度に対して流体の速度が変化するのを定温度
回路を利用して極めて正確に測定することが可能
であるとともに、第２実験例から熱容量が少なく
レスポンスが良く且つ温度補償も容易にすること
ができ、空間９を設けることにより下方からの流
体に対してもセンサ１の回りに流体が旋回する影
響を少なくして、流体方向測定における誤差も少
なくすることができる。

第２実施例 第１実施例のものは、支柱７ａ，７Ｂと支持体
４の接合面が小さいため、流体の速度および種類
によつては強度が不足する場合が生じる。そこ
で、強度を補うためには、第１実施例のものより
少し誤差が生じるが、第２図に示すように支持体
４の位置を下げ支柱７ａ，７Ｂと支持体４の接合
面を長くして安定させたプローブを用いる。この
プローブは簡易な抵抗直列回路を使用して、一定
時間測定した流体の平均速度の測定には最も適し
ている。尚、接合部を短くしたプローブを選択す
るか長くしたプローブを選択するかは測定する流
体の条件により適宜選択するものである。

第３実施例 第３図に示した第３実施例は支持体４の上端面
にセンサ１の長さ方向の側面中央部を第１実施例
同様に接着等して支持体４に対し略Ｔ字型にセン
サ１を固定し、センサ１の下面両縁に金、銀また
は錫等の導電率の高い金属片を固着し、この固着
された金属片を電極としたものである。このよう
に構成することにより、センサ１の回りの大部分
が外方向に位置され、あらゆる角度からの流体速
度の検出を可能にすることができるとともにセン
サ１の中央部で両極を分割するためにセンサ１の
両端での抵抗値のばらつきがなくなり、測定誤差
を少なくすることが可能になる。

〔考案の効果〕

本考案はゲルマニユウム単結晶の小片でなるセ
ンサを、該センサと略同一太さで電気絶縁材から
なる支持体の上面に接着層を介して直接固着する
とともに、該支持体を基台上面に互いに離間して
平行に立設した略円筒形の二本の支柱間に取付け
て、センサと支柱とを電気的且つ熱的に完全に絶
縁したため、センサの熱が支柱に逃げることを極
力防止して流体速度の測定誤差を減少せしめたう
えに流体通過用空間を設けたことにより全方向の
流体速度の測定誤差を少なくした流体速度測定用
プローブを完成することができたのである。ま
た、センサは支持体に接着材を介して直接固定
し、支持体は二本の支柱間に取付けられているの
で、機械的強度が高く、それによりプローブを微
小に作製できるのである。例えば、センサは0.3
mm×0.3mm×１mm、支持体の長さ５mm、支柱の直
径0.5mm、長さ6.5mmといつたように非常に小さく
でき、コンピユータ等の精密電子機器の内部の流
体の速度を測定して、その放熱特性の向上に役立
てることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る流体速度測定用プロー
ブの第１実施例の斜視図、第２図は第２実施例の
斜視図、第３図は第３実施例の斜視図、第４図は
定温度回路のブロツク図、第５図は定温度回路で
風速を測定したグラフ、第６図は熱伝達と風速の
関係のグラフ、第７図は風向測定グラフ、第８図
は従来例の正面図である。 １……センサ、４……支持体、５Ａ，５Ｂ……
金属鍍金層、７Ａ，７Ｂ……支柱、８……基台。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 基台上面に互いに離間して平行に立設される
   素材が電気的良導体からなる略円筒形の二本の
   支柱と、 該二本の支柱間に、上端が支柱上端より上方
   に位置し且つ下端が基台上面から離間し、二本
   の支柱間に空間を形成して取付けられ、センサ
   と略同一太さで電気絶縁材である棒状の支持体
   と、 該支持体の上面に接着層を介して直接固着さ
   れるゲルマニユウムの単結晶の小片でなるセン
   サと、 よりなり前記センサに電圧を印加して流体との
   接触による温度変化に伴い変化する抵抗値を電
   流、電圧又は電力量の変化に変換し、流体の速
   度を測定する流体速度測定用プローブ。 ２ センサが支持体上端にＴ字型に固着された実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の流体速度測
   定用プローブ。