JPH0789122B2 - 空間内の自由な流れの流速を測定する装置と方法 - Google Patents

空間内の自由な流れの流速を測定する装置と方法

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JPH0789122B2 JP62502645A JP50264587A JPH0789122B2 JP H0789122 B2 JPH0789122 B2 JP H0789122B2 JP 62502645 A JP62502645 A JP 62502645A JP 50264587 A JP50264587 A JP 50264587A JP H0789122 B2 JPH0789122 B2 JP H0789122B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空間内の自由な流れの流速を測定する方法と、
その方法を可能にするための装置に関する。
本発明による方法と装置は、一方においては、周りを流
れる媒体の速度を測定するための固定プローブとして用
いられ、他方においては、例えば飛行体、船舶、地上乗
物または類似のものに取付けられた可動プローブとして
それらが媒体例えば空気中を通つて動く場合にそのプロ
ーブを担持している物体と媒体との間の相対速度を測定
するために用いられる。したがって後者の場合プローブ
は、換言すれば、飛行体、船舶、地上乗物または類似の
ものの速度を測定するために用いられる。さらに、流れ
の測定は、例えば化学工業分野におけるような配管の中
で多くの目的に使われうる。乗物が存在する限り、それ
の速度を測定することが必要である。特に飛行機の場
合、速度を知ることは本質的に重要である。しかし、媒
体の流れが測定されなければならない技術上の問題は他
にも多くある。古くから知られている測定器械は、ある
流れの中のどこかの場所で静圧を測定するものとして、
側方に小さな孔または環状スリットのある、先端が丸い
管でできた圧力プローブであった。開口すなわち孔また
は環状スリットは、プローブの先端の影響を受けて加速
された流れの外側になければならず、そしてプローブは
正しく軸方向の流れの場合にのみ正しく測定を行なう。
この小さな吹きつけ角度は実質上屡々欠点となる。
ピトー管は、流れが受圧管において完全にせきとめられ
る場合に全圧が動圧に等しい特別な場合に全圧を測定す
る。
プラントルによる受圧管は、ピトー管と、静圧測定に必
要な圧力プローブの組合せであって、全圧と測定された
静圧との差として動圧を求めることを可能にしており、
それからはさらに吹きつけ速度が求まる、吹きつけ速度
は差圧（全圧−動圧）の平方根を媒体の密度で除する計
算によって得られる。
プラントルの受圧管でも、実際上流れが軸方向であると
きのみ正確な測定が達成されうる。そのことの本質的理
由は何よりも、静圧測定のための開口が動圧測定開口か
ら空間的に比較的に大きく離れていることによる。そう
であるから、プラントル管の周りの流れが軸方向におい
て全く一様である場合にのみ正確な測定結果が達成され
うる。
終りに述べるが、ベンチュリ管も通過流速の測定の役に
立つ。ベンチュリ管は軸方向に流れが通過する狭まった
部分を有するように形作られた管である。流れがまだ広
範囲で層流であるような場所と狭まった場所との間での
静圧の差がマノメータによって測定される。摩擦の渦の
ない流れの場合、管の流れが層流で通過する部分におけ
る流速は、連続方程式とベルヌーイの式により、静圧の
差を流れている媒体の密度で除したものの平方根と、ベ
ンチュリ管の形状ファクターから得られる。
管の中での流速を測定するための公知のベンチュリ管か
ら出発すると、流れの方向つまり吹きつけ方向に対する
大きな角度範囲でも用いられ、特別な実施態様としては
流れている媒体の密度を知らなくても流速を求めること
が可能であるような、空間内の自由な流れの流速を測定
するための方法と装置が案出されうるはずである。
この課題は特許請求の範囲第１項に記載している装置に
よって解決される。
この発明による装置の有利な実施態様は特許請求の範囲
第２項から第８項までに記載されている。
本発明による方法においては、厚さが長さ方向で変化し
ている流れの中の物体（Strmungskrper,以下流動内
物体と記す）における長さ方向の位置が、相異る２つの
場所での静圧が測定され、それの差が作られるかまたは
これら静圧の差が直接的に測定され、ここにおいては、
第１の測定場所は流動内流体の厚さまたは太さ（以下、
厚さと記す）が最も大きい場所またはその近くにあり、
他方の測定場所は上流または下流の流動内物体の厚さが
より小さい場所にあって、この場合流速は求まった差圧
または直接に測定された差圧を、流れている媒体の密度
で除した商の平方根と、流動内物体の形状に関係する形
状ファクターから得られる。
有利な方法では、流動内物体としては内部が２つの室に
分れている中空で回転体形の測定ヘッドが用いられる。
第１の室では第１の測定場所に応じた静圧が、そして第
２の室では第２の測定場所に応じた静圧が生ずるよう
に、第１の室では第１の測定場所の孔が開口している一
方、他方の室では他方の測定場所の孔が開口している。
本発明による流速測定装置は流れ角度つまり吹きつけ角
度の大きい範囲で使われることができ、しかも良好な測
定結果を提供することが知られている。流れが広範囲で
一様になっている限りは、２つの周上位置に測定孔また
は環状スリットを有している流動内物体の形での測定ヘ
ッドで成る簡単な測定プローブが、吹きつけ角度つまり
流れ角度の大きな範囲内において良好な流速測定結果を
提供する。流れが一様でないときには、測定ヘッドの外
表面とリングの内面との間の環状流路（Ringkanal）の
中の流れが把握されるように、測定ヘッドを１つのリン
グで包囲することが合目的的であることがわかった。こ
のようなリングは流れを平均化し、測定プローブの周り
の流れが一様でないときでも良好な再現性のある速度の
値を提供する。
後者の場合、測定すべき流れが中を通過するところの流
路は、流動内物体の厚さが最も大きい場所で狭くなって
から再び広くなるような環状の流路である。
リングの直径、断面形、断面形の変化および流動内物体
との関係位置を含む形状の選定は、例えば流動内物体形
状、存在する圧力の測定のための開口またはスリットの
位置、予期される流速、流れている媒体の種類、密度、
一様性などを含む種々のパラメータで決められる。した
がって当業者は普通にはこのリングの形状や設置の仕方
を実験的に定めるであろう。
測定プローブの特性上重要なパラメータは例えば流動内
物体の外表面からのリングの隔りである。この隔りは、
一方では測定すべき流れの集中化や平均化、他方では測
定レンジの変化を左右する。流動内物体とリング内面と
の間の距離を小さくすると、環状流路の前方開口が同じ
であっても、流線は第１の測定場所が著しく密集し、第
２の測定場所が適切な位置にあるならば、小さな流速で
も測定可能となるほどに差圧p1−p2を大きくできる。反
面、環状流路の開いた入口面で起きる流れの狭まり方が
さほど強くないならば、差圧p1−p2は小さくなり、それ
により測定プローブの感度はより低くなる。
流動内物体の前端面の幾何学的形状も、本発明による測
定プローブが正しく働く測定の範囲に重要な関係をもっ
ている。測定すべき流速が比較的小さい（亜音速領域
内）ならば、前端面を実質上半球形とすることが合目的
的である。こうするならば、プローブへの流れが起った
とき、例えば球の外表面からの流れの剥離は少ないとい
うような、球の周りの流れで得られる利点を保有するこ
とができる。このことは恐らく何よりも、本発明による
プローブで大きな吹きつけ測定角度が達成されうること
の理由の１つになっている。
亜音速から超音速への遷移域にある流速を測定すべき場
合には、測定プローブの前端面を流動物体の形とするの
が望ましく、この場合、軸長さ比が1:1.6の実質上楕円
の形が、レイノルズ数Reとの無関係性が保たれること
で、有利となる。
測定すべき流れが超音速域にある場合は、本発明による
測定プローブの流動内物体の全端面の形としては、流動
理論で熟知されているような典型的は尖った超音速プロ
フィルが有利であることが知られている。
上記の方法と上記の装置によれば、±30゜以上までの角
度範囲での流れの測定が良好な正確さと再現性をもって
しでに行われ得ているが、もっと大きな流れ方向測定範
囲を確保するとか、あるいはまた、極度に流れ方向が変
動しても流速を正確に測定するという必要が屡々ある。
この点で例えばヘリコプターでの航行測定が大きな問題
となる。一方で航行状態の測定はヘリコプターの場合極
めて重要な測定であるのに対し、他方では、ヘルコプタ
ーに剛に取付けられたプローブによってのこの測定が、
ヘルコプターは直角方向の軸線の周りでの旋回によって
航行状態を変えるので測定プローブも共に旋回してしま
うことにより、正しく困難になっている。つまりこの場
合、プローブは屡々その中心軸線が流れ方向に関しての
測定範囲から外れてしまう程に大きく旋回させられる。
流れ方向が大きく変動する場合でも正確な流速測定を可
能にするような本発明による方法の１つの有利な実施態
様においては、望ましくは流動内物体の先端点から等距
離にある前頭部における複数の場所で圧力が測定されて
場合によって生ずる差圧からフォローアップ信号がサー
ボ機構に導かれるようになっていることにより、中心軸
線が流れの方向に沿うように流動内物体がサーボ機構に
よって流れの中で調整される。
この場合、流動内物体の先端点から等距離にある４つの
場所で圧力が測定されて、相対している点の差圧のそれ
ぞれからフォローアップ信号が導されるのが合目的的で
ある。特に望ましいのは、平衡状態にない場合には１つ
のサーボモーターを、または流動内物体を互いに垂直な
面内で回転させる２つのサーボモーターを動かすような
ブリッジ回路の零平衡のためのその差圧を利用すること
である。
この方法を実施するためには、流動内物体の前頭部に流
動内物体の先端点から等距離の位置で複数の孔を設け、
各々の孔の圧力を測定するための、および／または差圧
信号を発生する各組の２つの孔の間の差圧を測定するた
めの測定装置を設け、流動内物体をその後方端において
少なくとも１つの直角方向の軸線の周りで旋回できるよ
うに軸支し、望ましくは少なくとも１台のサーボモータ
ーを含んだサーボ機構を設けて、場合によっては生ずる
差圧信号がこのサーボモーターに供給されることでこの
サーボモーターが、差圧がもはや存在しなくなるまで流
動内物体を旋回させるようにする、ということによって
本発明による装置は完全となる。
ここで知っておくべきこととして、圧力を測定するため
の、または２つの測定場所の間での差圧を測定するため
の測定装置を備えた孔の代りに、例えばピエゾクリスタ
ルのような測定装置を流動内物体の外表面上での測定場
所に挿入するということもできる。しかしこのような構
造は製作上高価につくし、またこれによって流動内物体
の外表面が不均一になることがありうる。
圧力測定場所が３つありさえすればサーボモーターを動
かすための十分な情報が提供されるのではあるが、流動
内物体の前頭部で、先端点からそしてまた相互間で等距
離にある４つの孔を配置し、相対する２つの孔の差圧の
１方が流動内物体を第１の直角方向軸線の周りの旋回の
ためのサーボモーターに制御信号を供給し、他方の１組
の孔の差圧が、第１の直角方向軸線に対して垂直な第２
の直角方向軸線の周りの旋回のための第２のサーボモー
ターに制御信号を供給するようにするのが有利である。
こうすることにより、流動内物体が旋回することの大き
な空間角度が把握されうる。
本発明の１つの実施態様においては、各測定用孔は、流
動内物体の内部を通して伸びている圧力測定導管と接続
されている。別の１つの実施態様では、２つの圧力測定
孔間の差圧を測定するために、これら孔の間を結合する
部材の中に、流動内物体を旋回させるためのサーボモー
ターにサーボ増幅器を経たうえで接続されている電気的
ブリッジ回路の中にあるサーミスタ式の流れ感知ダイオ
ード（フローセンサー）が設けられている。差圧はサー
ミスタ式の流れ感知ダイオードに、平衡しているダイオ
ードのブリッジ回路を平衡状態からずらすことになるよ
うな温度差を（高圧側の温度が低くなるので）生ぜしめ
る。ブリッジが平衡していない間には、サーボ増幅器を
経てサーボモーターが動かされ、サーボモーターは、も
はや差圧が生じ得なくなってそれに応じてブリッジが平
衡するに至るまでの間、流動内物体を旋回させる。
この最後の実施態様においては、差圧を求めることは流
動内物体の中で行われ、流動内物体からは電線だけが外
に取り出されればよい。
本発明によるこのフォローアップ装置によれば、測定プ
ローブは常に、それの最適の測定範囲の中で働く形で、
結果として生じた流れ方向に設定される。フォローアッ
プの間においてはこのプローブのそもそも比較的広い測
定角度範囲がフォローアップの遅延をなくする態勢にあ
るから、測定の動揺が起ることも決してあり得ない。
本発明のさらにある利点は、機械的に結合された角度問
い合わせ装置によって航行方向と流れ方向との間の角度
の問い合わせが可能なことになる。この目的のために、
１つのポテンショメーターが、流動内物体が旋回する際
に機械的に結合されて向きを変えられ、そのとき、設定
された零点に対しての角度を提供するようにできる。も
ともと公知のその他の角度コーディング装置ででも、設
定される零点（例えばヘリコプターの壁に対しての垂直
線）からの偏たり角度を問い合わせて発信するようにで
きる。
以下においては幾つかの実施態様と実施例によって本発
明をより詳しく説明する。
そこにおいては添付の図面が参照されることにもなる。
図面においては、 第1,2,3図は、自由な流れの速度を測定するための本発
明による装置を、本発明の原理を説明するための概略的
に示す図、 第４図は本発明による装置の１つの実施態様の図、 第５図は第４図に示した本発明による装置にリングを設
けた別の１つの実施態様の図、 第６図は本発明による装置のまた別の１つの実施態様の
図、 第７図は第６図に示した実施態様と似ている本発明によ
る装置のまた別の１つの実施態様の図、 第８図は本発明による装置のまた別の１つの実施態様を
概略的に示す図、 第９図は第８図に示した装置にリングを設けた別の１つ
の実施態様の図、 第10図は装置を流れの中で方向調整する過程が行われう
るための１つの設備の概略的ブロック図である。
第１図は、本発明による空間内の自由な流れの速度を測
定するための１つの装置を概略的に示している。長さ方
向での流動抵抗の少ない流動内物体１が、そのもっとも
厚さの大きい場所から流れの方向に見てすぐ後方の場所
Ａにおいて複数の孔２を有していて、これらの孔が中空
の回転対形の流動内物体の内部にある第１の室３と連結
されている。流動内物体はなお、厚さが小さくなった場
所Ｂにおいて複数の孔４を有していて、これらの孔は、
中空の回転体形の流動内物体の内部にある第２の室５と
連結されている。第１の室３は第２の室５から隔壁６に
よって隔離されていて、この隔壁を通して圧力導管７が
測定プローブの後端まで伸びている。第２の室５は圧力
導管８と連結されていて、これもまた測定プローブの後
端でこのプローブから引き出されている。
測定プローブの前方部分で生ずる流れの影響によって、
室３では孔２を経て静圧p1が生ずる一方、第２の室５で
は孔４を経て静圧p2が生ずる。圧力p1は圧力導管７で、
そして圧力p2は圧力導管８で測定されうる。後でなお示
すが、測定プローブの前方の層流域にある流れの速度v0
は、 の式によって得られる。
ここに、Ｇは、静圧が測定された場所での流動内物体の
直径に関係している形状ファクターである。
第１図で測定の原理を説明するについては次のような仮
定が設けられる。
測定プローブの前方の領域では、場所Ｏについて流れは
層流で速度v0を有するとする。流れの中において１つの
円筒形の部分を仮想し、その仮想円筒は、その周面上で
は測定用プローブによる流れの乱れがもはや起らず、し
たがって、そこでは流線が軸方向を向くような大きさを
もつものとし、その仮想円筒の円形断面積をF0とすると
き、流線は、流動内物体上の場所Ａに対応する第１の測
定場所において強く相互に近接させられる。流動内物体
が場所Ａにおいて断面積FAを有するとすれば、上記の円
筒の中で流れのために残されているのは環状面積F1とな
り、したがって F1＝F0−FA である。同様にして第２の測定場所Ｂのところでは、 F2＝F0−FB と書ける。
測定プローブの周りで流れのためにある環状空間の中で
は、流れの速度は第１の測定場所でv1まで上昇し、第２
の測定場所ではそれがv2となるまで低下する。故に v0＜v2＜v1 である。
連続方程式によれば v0F0＝v1F1＝v2F2 である。
静圧ｐは全圧pges−動圧ｑに等しく、全圧pgesは場所Ａ
とＢで同じである。したがって場所ＡとＢでの静圧の差
はp2−p1は、 となる。
v1F1＝v2F2の関係から、 が得られ、 から、流動内物体が回転対称のもの、すなわち断面が円
形のものと仮定するならば、簡単な数学的変形によっ
て、 が得られる。
これらの式においては、ρは、測定されるべき流れてい
る媒体または測定プローブが中で動かされる静止してい
る媒体の密度である。
形状ファクターＧの中には、円形の面積FA、FBおよびF0
が導入され、これらのパラメータによって、ベンチュリ
管の従来技術の場合と同様に、考えている流路の狭まり
が考慮されている。面積F0によって、どれ程測定プロー
ブから離れれば流れが再び乱れなしとなるかが考慮に入
れられる。
第２図に示された装置においては、流動内物体１に３つ
の環状の測定場所A,B,Cが設けられている。ここで、追
加されている測定場所Ｃは流動内物体の厚さが最大の場
所の前方にあり、したがって測定室３′と５′を相互間
で分離するために、厚さが最大の場所の前方において第
２の隔壁６′がある。測定場所Ｃにおいて対応している
第２の複数の孔４′の中で測定された静圧p3について
は、測定場所Ａにおける静圧p1との関係においては、静
圧p2とp1について用いられたと同様の関係が成り立つ。
したがって、 であり、ここにＧ′は式（１）におけるＧと全く同様
に、実験的に求められる形状ファクターであって、何よ
りも、流動内物体に沿って流れる媒体の圧縮を流速に応
じて考慮するものである。差圧（p2−p1），（p3−p1）
および（p2−p3）を測定するならば、形状ファクターの
考慮の下でベルヌーイの式を用いて流れている媒体の密
度ρを算出し、および密度に無関係に流速を求めるため
に十分な数のパラメータが得られる。
このような可能性は、本発明による測定プローブの多く
の応用分野で、例えばこれによって高度の補正が不要と
なるなど、大きな利点となるものである。
第３図は、リング21が流動内物体１の周りに配置されて
いる場合について本発明の原理を説明するものである。
流れは、１つの環状面を通って環状流路に入り、その環
状流路の中に両測定場所ＡとＢがある。ここに示した例
では、リング21は円筒形の套壁であって、それは支柱つ
まり支持材12によって流動内物体１と結合されている。
環状流路の通過流れ断面積は、流動内物体１が外側に張
出してより厚くなっていればいる程、強く狭められる、
したがって流速v1も大となり、それは第２の測定場所Ｂ
においては再びv2まで低下する。この場合、流れは実質
上リングの断面に相当する領域でのみ乱されるので、近
似的にこの円の面積はF0に等しい。F1とF2は、測定場所
ＡおよびＢでのリング21と流動内物体１の外套面との間
の円形の環状面つまり環状流路の断面積に相当する。
リングの配置、長さおよび直径、そしてまたそれと流動
内物体１との距離が測定プローブの測定範囲や流れの中
での乱れの遮蔽に影響を及ぼすことを、流線の模様が明
らかに示している。
ここで知っておくべきことは、測定プローブが流れに対
して傾いた姿勢にあること、つまり吹きつけ角度が大き
くなることが、特には流動内物体１の前端面が半球形に
なっている場合において、何ら測定誤差を及ぼさないこ
とである。
測定すべき流れは半球形面に突き当り、環状流路に入る
に際して片側では増速され他の側では減速されるように
球面に付着し、この場合、（流動内物体の周りでの）全
周測定によって圧力の平均化が起り、このことが、速度
の測定値において見られる吹きつけ角度との明らかな無
関係性を理由づけている。
第４図に示す本発明による測定プローブは、図を取り巻
いた２つの環状スリット９と10を有していて、それらの
各々が対応する室３と５に圧力的に連結されている。環
状スリット９は流動内物体１の厚さが最大の場所にあ
り、環状スリット10は、環状スリット９の下流でそれに
極めて近接しているところの流動内物体が細まり始める
場所にある。静圧p1とp2は測定導管７と８を経て測定プ
ローブから取り出され、もともと公知の測定装置によっ
て測定されうる。
第５図においては、一面においては第４図に示された測
定プローブを含んでいるがそのほかに１つのリング21で
包囲されているような、本発明による装置の他の１つの
実施態様が示されている。リング壁の断面はやはり、流
れに関して有利な形になっている。このリングは、第１
の測定場所が環状流路の最も狭くなった部分にあること
となるように、第１の環状スリット９よりも前方で測定
ヘッド表面とリング内面との間の環状流路を狭くするよ
うな形で、流動内物体１を包囲している。環状流路の最
も狭くなった場所で、流速は最高に大となり、それに応
じ、測定室３の中で測定される静圧p1が最も大きく低下
する。リング21はなお環状スリット10の場所で環状流路
が再び強く広まるような形で伸びているので、静圧p2は
静圧p1より実質的により高くなる。それより後方では、
測定すべき媒体は自由にそして渦を作ることなく測定空
間から流れ出す。
リング21は、流れを乱すことが少ない支持材12によって
測定ヘッドに固定されている。リング21の構造上のパラ
メーターの最適の条件が見出されるべき試験の段階で
は、この支持材12を、測定プローブの上を辷り移動でき
る環状の支持材に固定できる。
第６図は、差圧p1−p2が直接的に測定されるような、本
発明による装置の別の１つの実施態様を示す。測定装置
としては、例えばメンブレンのような、もともと公知の
機械的な差圧測定装置が使われうるが、そのメンブレン
の変位を電気的に測定するのが望ましい。そのような測
定原理は大きな差圧を測定すべき場合に適している。
差圧p1−p2がより小さい場合には、通過流量測定が有利
であることが知られた。室３と室５との間の１つの連絡
通路に、その連絡通路での流れによって圧力降下に由来
して起る冷却降下に応答するような電気的な部品が置か
れている。この目的のためには、連絡通路に配置されて
電気回路の中で測定されるような、例えばサーミスタ、
ダイオードまたは抵抗体が用いられうる。この場合、感
熱性の電子部品の冷却それ自体を測定することもできる
が、２つのそのような部品、例えば２つのダイオードの
組合せを連絡流路内に適当な方向で配置し、それらを１
つのブリッジ回路の中にブリッジ部材として組み込むこ
とが行われる。１つの部品で他方の部品より温度が低い
ならばブリッジの平衡が崩れ、ブリッジを平衡させるに
必要な電圧や電流つまりエネルギが差圧の尺度となる。
この場合、もともと公知の方法で電気の導線をシールし
て測定プローブの壁を貫通させるが、無線で電流を供給
し、同様に無線で測定値を出力させることもある。
測定プローブのこのような密封型の実施態様の利点は、
測定プローブのどんな汚れでも、実際上測定を乱すこと
がないことにある。
このような測定プローブが飛行機、ロケットまたはその
他の飛行体に組み込まれた場合には、通過流路および測
定孔の一方または双方に容易に氷結が起る。したがっ
て、氷の生成が起り得ないように、測定プローブの側壁
が常に所定の温度に保たれるための加熱装置を設けるこ
とが合目的的である。
第７図では終りとしてなお、第６図に示した測定プロー
ブと構造上は似ている本発明の装置のまた別の１つの実
施態様を示す。しかしこの場合では第２の測定場所が、
第１の測定場所からよく遠く離れ、後方の、測定プロー
ブの支持部として作られている胴部にある。環状流路を
通過する流れは第２の測定場所において再び大幅に平均
化されるので、この測定場所においては、当初に述べた
圧力プローブに似て、そこを支配している大気圧が静圧
として使われうることになる。飛行体はこの大気圧つま
り静圧を知ることが高度を知るために必要である。
この場合、測定装置は差圧p1−p2を求めるための測定装
置のほか、さらに静圧p2を求めるための測定装置を含
む。
第１図と第３図とに対応している第８図と第９図では、
流動内物体１に、１平面内にあって流動内物体の最先端
点から等距離で離れている２つの孔11が設けられてい
る。孔11と11は圧力測定導管14,15と連絡していて、こ
れら導管は後方部分において測定プローブから引き出さ
れている。圧力測定導管14と15の間での差圧が、そもそ
も公知の方法で求められ、この差圧がもはや測定されな
くなるまで流動内物体を（ここに示した例でならば上ま
たは下に）旋回させるサーボモーターの制御のために用
いられる。サーボモーターと、流動内物体の後部に配置
されている旋回のための軸受付き支持体はそれ自体とし
ては公知の環状部分であり、それらは第８図や第９図で
は簡単にするために取り去ってある。
立体角を把握するために、上記と同様の方法で流動内物
体を上記の面に垂直内で（ここに示した例でならば紙面
から離れる方向に）旋回させうる。
本発明のさらにある有利な実施態様においては、これら
の孔11が流動内物体の内部において管状の連結部材によ
って相互に結ばれていて、その連結部材の中にサーミス
タ式の流れ感知ダイオードである。これらの孔11で差圧
があれば、流れ感知ダイオードにおいて温度差が生じ、
そのサーミスタ式の流れ感知ダイオードが組み込まれて
いる電気的ブリッジ回路に影響を及ぼす。このようにす
れば、流動内物体からは電気的な測定導線だけを引き出
せばよく、圧力測定導管14,15は流動内物体の中で終る
ことになる。
第10図は本発明による方法の１つの望ましい実施態様を
説明するに役立つ概略的ブロック図を示す。
第10図においては、後端が旋回用軸受23で支持されてサ
ーボモーターによって動かされるような流動内物体１が
概略的に示されている。このサーボモーターは、測定ブ
リッジが平衡状態にないときサーボ増幅器を経て１つの
調節信号を受ける。測定ブリッジの中には、孔11と11に
おける差圧を感知している直接または間接に圧力を感知
する部材が入っている。ここに示した例においては、孔
11と11の間の連結導管にサーミスタ式流れ感知ダイオー
ド22があって、それの電気的導線が測定ブリッジに導か
れている。差圧の実際値の信号が、パルスジュネレータ
からサーボモーターのために供給されている設定信号か
らずれた場合には、サーボモーターは、差圧が再びゼロ
になるまで、サーボ増幅器を経て作動させられる。
ポテンショメータを用いれば、測定プローブの最初のつ
まり参照用の姿勢の位置修正が行われうる。
さらに第10図では、流動内物体１が最初の位置または基
準位置に対してどれほどの角度だけ回転したかを問合わ
せする（参照する）ための角度問合わせ装置が示されて
いる（問合わせ、または参照とは、外部から被測定体に
信号を送り、その信号に応答して被測定体から送出され
る信号によってその被測定体の状態を検知する処理であ
る）。そのために、ポテンショメータは、機械的に旋回
用軸受23に結合されていて、その軸受が回転するとポテ
ンショメータは動かされる。ポテンショメータから取り
出された電圧はそのまま角度の大きさを表す信号として
電気的に処理される。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空間内の自由な流れの流速を測定する装置
    において、 最も太い位置付近で、その周囲のまわりに分布されてい
    て中空の内部室に達している第１の孔（２）または、孔
    によって中空の内部室に連結されていて周囲を取り巻く
    第１のスリットと、その最も太い位置の前方に、そして
    および／または後方の先細りになった端部において、そ
    の周囲のまわりに分布されていて中空の内部室に達して
    いる第２の孔（４）または、孔によって中空の内部室に
    連結されていて周囲を取り巻く第２のスリットを有し、
    前記中空の内部室は第１および第２のスリットの間、ま
    たは第１の孔（２）および第２の孔（４）の間の隔壁
    （６）によって２つの室（3,5）に分割されていて、こ
    れら２つの室にそれぞれ圧力測定用連結管（7,8）が終
    端している、長さ方向で流れ抵抗の小さい、流れの中の
    物体（１）の形をなした測定ヘッドと、 室（3,5）における圧力を測定するため、および／また
    はこれらの室の間での差圧を測定するための測定装置を
    含んでいることを特徴とする空間的な自由な流れの流速
    を測定する装置。
  2. 【請求項２】流れの中の物体（１）の前端面（13）が、
    半球形面か、回転楕円形の面の一部が、または超音速プ
    ロフィルである、特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】測定ヘッドが、その外表面との間に距離を
    おいて設置されている１つのリング（21）で包囲されて
    いる、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の装
    置。
  4. 【請求項４】リングの壁の断面が長さ方向に変化してお
    り、その場合、測定ヘッドの外表面とリングの内側との
    間の距離が、第１のスリットもしくは第１の孔（２）の
    ところでもっとも小さくなっている、特許請求の範囲第
    ３項に記載の装置。
  5. 【請求項５】両方の室（3,5）における圧力を測定しま
    たは両方の室（3,5）の間の差圧を測定するために、圧
    力測定用連結管（7,8）および／または測定装置からの
    電気的接続導線が測定ヘッドの後端にある支持部を通し
    て室（3,5）から引き出されており、または測定ヘッド
    の内部に電気的前置信号処理が含まれている、特許請求
    の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】流れの中の物体（１）の前頭部において、
    流れの中の物体（１）の最先の突出点から等距離のとこ
    ろにいくつかの孔（11）が設けられていて、それらの孔
    （11）の中には各々の孔の圧力を測定するためおよび／
    またはそれぞれの２つの孔の間の差圧を測定するための
    測定装置が設けられていて該測定装置は差圧信号を生成
    し、また流れの中の物体はそれの後端において少なくと
    も１つの左右軸の周りで旋回できるように支承されてい
    て、差圧信号が生成された場合にはその差圧信号が供給
    され、流れの中の物体を、もはや差圧があらわれなくな
    るまで旋回される、望ましくは少なくとも１つのサーボ
    モーターを含むサーボ機構が設けられている、特許請求
    の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】流れの中の物体（１）の前頭部の、突出点
    への距離も相互からの距離も等しい位置に４つの孔が配
    置されていて、それぞれ対向する２つの孔（11と11）の
    間の差圧は流れの中の物体を第１の左右軸の周りで旋回
    させるためにサーボモーター用の制御信号を供給し、他
    方の１対の孔の間の差圧は第１の左右軸に垂直な第２の
    左右軸の周りの旋回のためのもう１つのサーボモーター
    用の制御信号を供給する、特許請求の範囲第６項に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】２つの圧力測定孔（11と11）の間の差圧を
    測定するためにこれら圧力測定孔の間の連結部材の中
    に、電気的ブリッジ回路に挿入されたサーミスタ・流れ
    感知ダイオードが配置され、該ブリッジ回路は他方にお
    いてサーボ増幅器を介して、流れの中の物体（１）の旋
    回用サーボモーターと接続されている特許請求の範囲第
    ６項または第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】空間内の自由な流れの流速を測定する方法
    において、 ａ） 太さが変化する流れの中の物体の流さ方向の２以
    上の異る位置における圧力分布中の圧力が測定され、そ
    れらの差が測定され、それらの差が作られるか、または ｂ） それらの圧力の差が直接的に測定され、 その際、１つの測定位置は、圧力分布に対応して、流れ
    の中の物体の、最も太い位置に、またはその近傍にあ
    り、そして他方の測定位置は上流または下流の、流れの
    中の物体のより細い位置にあって、 流れの中の物体が中空で回転対象形の測定ヘッドであっ
    て孔または環状スリットを介して静圧が測定される場合
    には、他の測定量から定められ、または直接的に測定さ
    れた差圧を、流れている媒体の密度で除した商の平方根
    と、流れの中の物体の形状に関係する形状因子とから流
    速が求められることを特徴とする、空間内の自由な流れ
    の流速を測定する方法。
  10. 【請求項１０】流れの中の物体の前方突出点から望まし
    くは等距離にある前頭部のいくつかの位置で圧力が測定
    され、差圧が存在する場合にはその差圧からサーボ機構
    のフォローアップ信号が導かれることにより、流れの中
    の物体がサーボ機構によって、その中心軸が流れの方向
    に向くように、流れの中で方向づけされる特許請求の範
    囲第９項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】流れの中の物体の突出点から等距離にあ
    って相互に等しい間隔をおいている４つの点で圧力が測
    定され、対向する測定点における差圧からそれぞれフォ
    ローアップ信号が導かれ、その際、ブリッジ回路のゼロ
    平衡に対する差圧信号が用いられ、該ブリッジ回路は不
    平衡状態では流れの中の物体を回転させるために１以上
    のサーボモーターを制御する特許請求の範囲第10項に記
    載の方法。
  12. 【請求項１２】長さの方向の位置が異る３つの測定位置
    （A,B,C）における、流れの中の物体の動的圧力分布中
    の圧力が、孔または環状スリットを介して流れの中の物
    体の内部の複数の室で測定され、そして、それぞれ２つ
    の測定位置の差圧が定められ、または直接測定され、そ
    れぞれの２つの測定位置の間で生ずるこれら差圧間の関
    係から、これら測定位置に対して割当てられているそれ
    ぞれの形状因子が考慮されたうえ、流れている媒体の密
    度が定められ、したがつて別個の密度測定を追加するこ
    となしに、流速が求められる、特許請求の範囲第９項に
    記載の方法。
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