JPH0635987B2 - 流速検出装置 - Google Patents

流速検出装置

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JPH0635987B2
JPH0635987B2 JP62102582A JP10258287A JPH0635987B2 JP H0635987 B2 JPH0635987 B2 JP H0635987B2 JP 62102582 A JP62102582 A JP 62102582A JP 10258287 A JP10258287 A JP 10258287A JP H0635987 B2 JPH0635987 B2 JP H0635987B2
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heating
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heating element
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流速検出装置に関し、気体、液体等の流体の流
速を検出しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明は、測温素子及び加熱素子を有する流速検出装置
において、定温度差加熱制御回路を用いて加熱素子の温
度を制御することによつて、周囲温度及び又は流速が急
激に変化したとき、速やかに誤差のない流速検出をなし
得る。
〔従来の技術〕
従来この種の流速検出装置、例えば風速計においては、
トランジスタ等でなる加熱素子を発熱させ、その熱の一
部を大気中に放出することにより、発熱量及び放出量が
平衡する温度に加熱素子の温度が安定することを利用し
て風速を検出する方法が用いられている(特公昭59-483
40号公報)。
この風速計は、加熱素子から放出される熱エネルギー
が、いわゆるキングの実験式と呼ばれる関数で表される
関係にあることを利用して風速を検出し得るようになさ
れている。
すなわち第2図に示すように風速計1は、周囲の温度例
えば気温tを、測定するための測温トランジスタQ
及び風速計測用の加熱トランジスタQを含むプローブ
2及び検出回路部3を有する。
加熱トランジスタQのコレクタには、検出回路部3の
電源+Eに接続された第1の定電流源4より定電流I
が供給され、かつエミツタは検出回路部3において接地
されている。加熱トランジスタQのベースには、直流
定電圧Eを第1の抵抗R1を介して反転入力端に受
け、かつフイードバツク抵抗R2を有する演算増幅器6
の出力端に得られる電流Iが与えられ、かくして加熱
トランジスタQはベース電流Iに応じた内部損失に
よつて熱を発生する。
この状態において、加熱トランジスタQから放熱され
る熱量は風速に応じた値になることにより、コレクタ電
圧が風速に対応した値になり、これが風速信号eとし
て送出される。
以上の構成に加えて、測温トランジスタQはダイオー
ド接続されており、そのコレクタに検出回路部3の電源
+Eに接続された第2の定電流源5より電流Iが供給
され、かつエミツタは検出回路部3において接地されて
いる。さらに測温トランジスタQはプローブ2内にお
いて加熱トランジスタQの発熱の影響を受けない位置
に配設され、これにより気温tに応じた電圧eを分
圧抵抗R3、R4を介して温度検出信号として演算増幅
器6の非反転入力端に入力するようになされている。
かくして演算増幅器6は気温tの変化すなわち温度検
出信号eの変化に応じて加熱トランジスタQのベー
ス電流Iを制御することにより、気温tが変化した
ときその影響が風速信号eに生じないように補正す
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが従来の風速計は、いわゆるオープンループ制御
により、加熱トランジスタQ及び測温トランジスタQ
の温度差を補正するようになされているため、気温t
及び又は風速vの変化に対して発熱量を高い精度で
しかも高速度で追従させ得ない問題がある。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、周囲温度
及び又は流速の急激な変化に確実に追従して温度補正動
作することにより正確な流速を簡易な構成によつて検出
し得るようにした流速検出装置を提案しようとするもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
かかる問題点を解決するため本発明においては、通電内
部損失によつて発熱するように電流Iが供給される加
熱素子Q及びその加熱素子Qの発熱の影響を受けず
に周囲温度tを検出する測温素子Qが配置された検
出部2を所定の流体中に晒して、その流体の流速v
検出する流速検出装置10において、加熱素子Qより
得られる第1の温度信号eと、測温素子Qより得ら
れる第2の温度信号eとを比較して、第1の温度信号
及び第2の温度信号eが所定の温度差ΔTを有す
るように加熱素子Qを制御する定温度差加熱制御回路
13、14を設けるようにする。
〔作用〕
定温度差加熱制御回路13、14を用いて、加熱素子Q
より得られる第1の温度信号eと、測温素子Q
り得られる第2の温度信号eを比較し、当該比較結果
に基づいて第1の温度信号e及び第2の温度信号e
が所定の温度差ΔTを有するように加熱素子Qを制御
することによつて加熱素子Qを測温素子Qに対して
常に一定の温度差となし得る。
〔実施例〕
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
第2図との対応部分に同一符号を付して示す第1図にお
いて、風速計10のプローブ2内の測温トランジスタQ
より得られる測温信号eは、検出回路部11に供給
され、電圧フオロワ接続されてバツフアを構成する第1
の演算増幅器12の非反転入力端に入力され、その出力
電圧eは、入力抵抗R10を介して、フイードバツク
抵抗R11を有する第2の演算増幅器13の反転入力端
に入力される。
第2の演算増幅器13の非反転入力端には、プローブ2
内の加熱トランジスタQに供給されるベース電圧e
が与えられており、その出力電圧eは第1の入力抵抗
R12を介して、第2の入力抵抗R14を介して入力さ
れる直流定電圧Eと共に、フイードバツク抵抗R13
を有する第3の演算増幅器14の反転入力端に加算入力
として与えられる。
かくして演算増幅器14の出力端には、入力された信号
及び直流定電圧Eの和に対応して加熱トランジス
タQのベースに供給すべきベース電流Iが送出され
る。
以上の構成において、測温トランジスタQのベース電
圧、すなわち測温信号e及び気温tの間には、第2
の電流源5より定電流Iが流れている状態で次式、 e=A−B・t……(1) で表される関係がある。ここでA、Bは、測温トラ
ンジスタQの温度及び電圧に関する特性定数で、電流
が一定値なのでA、B共に一定値を有する。
また、第1の演算増幅器12の入力インピーダンスは十
分大きな値に選定されているので、第2の電流源5で発
生した電流Iは全て測温トランジスタQに引き込ま
れる。従つて温度検出信号eは、(1)式より、 e=e=A−B・t……(2) になる。
また、第2の演算増幅器13の反転入力端に温度検出信
号eが入力されると共に、非反転入力端に第3の演算
増幅器14の出力電圧、すなわち加熱トランジスタQ
のベース電圧eが入力されていることにより、出力端
に得られる出力電圧eは次式、 e=−X・e+(1+X)e……(3) で表される。ここで、Xは第1及び第2の抵抗R10及
びR11で設定された第2の演算増幅器13の増幅率
で、 である。
さらに第3の演算増幅器14の出力端に得られる出力電
圧、すなわち加熱トランジスタQのベース電圧e
次式、 e=−Y・e−Z・E……(5) で表される。ここで、Y、Zはそれぞれ第3及び第4の
抵抗R12及R13、第5及び第4の抵抗R14及びR
13で設定される第3の演算増幅器14の増幅率で、 である。そこで(3)式を(5)式に代入して加熱トラ
ンジスタQのベース電圧eを求めると、 になる。
この(8)式に(2)式で表される第1の演算増幅器1
2の出力電圧eを代入すると、次式、 で表されるように、加熱トランジスタQのベース電圧
が気温tに比例することが分かる。
加熱トランジスタQの温度をtとし、温度tの気
温tからの温度上昇分をΔTとすると温度tは次
式、 t=t+ΔT……(10) によつて表すことができると共に、加熱トランジスタQ
のコレクタに第1の定電流源4から、一定電流I
流れていることから、加熱トランジスタQのベース電
圧eは次式、 e=A−B・t……(11) で表される。ここで、A、Bは加熱トランジスタQ
の温度及び電圧に関する特性定数で、電流Iが一定
値なのでA、B共に一定値を有する。
そこで、(11)式を(10)式に代入すると加熱トランジ
スタQのベース電圧eは、 e=−B・t+(A−B・ΔT)……(12)
になる。
なお(9)式及び(12)式は、同じ接続点の電圧を表し
ているから、 の関係が成り立つ。従つて(13)式の両辺の定数が互い
に等しいという条件から で表される関係を満足すれば、(9)式及び(12)式の
電圧eが気温tに無関係に成り立つことが分かる。
この状態において、風速信号eは加熱トランジスタQ
のコレクタ電圧であり、(14)式を満足することは、
加熱トランジスタQのベース電圧eが有する温度特
性、すなわち(12)式における気温tの項を第3の演
算増幅器14の出力電圧によつて相殺するようになさ
れ、この結果加熱トランジスタQのコレクタ電圧すな
わち風速信号eも気温tの影響を受けないように制
御されている。かくして風速信号eが気温tの影響
を受けずに風速vのみを検出し得ることにより、風速
の温度補償をし得る。
また加熱トランジスタQの気温tからの温度上昇分
ΔTは、(15)式を変形することにより、 で表される。
(16)式から明らかなように、その右辺を構成する各項
は、それぞれ定数の組み合わせでなり、この結果加熱ト
ランジスタQの気温tからの温度上昇分ΔTは一定
値となる。
かくして、加熱トランジスタQの気温tからの温度
上昇分ΔTを一定にし得ることにより、定温度差加熱制
御を実現し得る。
以上の構成によれば、風速計10の定温度差加熱制御回
路を構成する第2の演算増幅器13において、温度検出
信号e及び加熱トランジスタQの温度信号eを比
較し、その比較結果によつて第3の演算増幅器14を介
して加熱トランジスタQの温度が温度検出信号e
対して常に所定の温度差ΔTを有するように加熱トラン
ジスタQの発熱量を制御するようにしたことにより、
加熱トランジスタQの温度を速やかに設定温度に制御
することができ、かくして周囲の気温t及び又は風速
が急激に変化したときに、追従性良く風速検出をな
し得る簡易な構成の風速計10を実現できる。
なお上述の実施例においては、本発明を空気の動き、す
なわち風速を検出する風速計に適用した一実施例を示し
たが、本発明はこれに限らず、例えば他の気体、又は水
等の液体の流速を検出する流速検出装置に広く適用し得
る。
〔発明の効果〕
上述のように本発明によれば、測温素子及び加熱素子を
有する流速検出装置において、定温度差加熱制御回路を
用いて、加熱素子より得られる第1の温度信号及び測温
素子より得られる第2の温度信号が所定の温度差を有す
るように加熱素子を制御することができ、かくして加熱
素子をクローズループ制御し得ることにより周囲温度及
び又は流速が急激に変化したときに、速やかに誤差のな
い流速検出をなし得る流速検出装置を簡易な構成で実現
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による流速検出装置の一実施例を示す接
続図、第2図は従来の流速検出装置を示す接続図であ
る。 1、10……流速検出装置、2……プローブ、3、11
……検出回路部、4、5……定電流源、6、12、1
3、14……演算増幅器、Q……加熱素子、Q……
測温素子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通電内部損失によつて発熱するように電流
    が供給される加熱素子及び当該加熱素子の発熱の影響を
    受けずに周囲温度を検出する測温素子が配置された検出
    部を所定の流体中に晒して、当該流体の流速を検出する
    流速検出装置において、 上記加熱素子より得られる第1の温度信号と、上記測温
    素子より得られる第2の温度信号とを比較して、上記第
    1の温度信号及び上記第2の温度信号が所定の温度差を
    有するように上記加熱素子を制御する定温度差加熱制御
    回路 を具えることを特徴とする流速検出装置。
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DE102021211022A1 (de) * 2021-09-30 2023-03-30 Skf Lubrication Systems Germany Gmbh Fluidgeschwindigkeitssensoreinheit und/oder Fluidvolumenstromsensoreinheit und Bestimmungsverfahren

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