JPH0854294A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダクト内を流れる気流又は液流の温度検出装
置に関し、周波数を分析して温度を測定する。 【構成】 ダクト１の内壁には形状記憶合金製の小棒２
の一端が固定具３で固定されている。小棒２には歪セン
サ４が取付けられ、リード線９で増幅器５、周波数分析
器６へ接続される。流体の流れ８により小棒２の後方に
渦７が発生し、小棒２はその固有振動数で励振される。
歪ゲージ４により検出された小棒２の振動は周波数分析
器でその固有振動数が検出される。温度が変化すると、
小棒２の縦弾性係数が変化し、そのため固有振動数も変
化するので周波数から温度が検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダクト内を流れる気流又
は液流の温度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気流又は液流の温度を検出する場
合には、図示省略するが熱電対、測温抵抗体、サーミス
ター等のセンサをこれらの流体が流れる被測定体に取付
け、センサからの検出信号を取り出し、主としてアナロ
グ量により測定するのが一般的に行なわれている。又、
このアナログ量をデジタル化する方法も存在するが、か
なり複雑な装置となっているのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の温
度計の熱電対、測温抵抗体、等は主としてアナログ量に
より測定するものであり、デジタル化するには複雑なも
のとなり、厄介な装置となっていた。電位差や電流のそ
のものの形でのアナログ量は、零点のドリフト、汚れや
電源電圧変動等によって誤差を発生しやすく、処理シス
テム上厄介な操作となっている。

【０００４】これに対して、センサからの検出値を、周
波数測定し、周波数そのもので測定されるような現象は
デジタル量としては非常に扱いやすく、処理システムが
簡単で安価に構成できる。そこで、本発明ではこのよう
な利点を温度の検出に応用して扱いやすい処理システム
の温度検出装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのため本発明は、流路
を流れる気流、液流の流体温度を検出するために、流路
に固定した例えば、Ｎｉ−Ｔｉ等の形状記憶合金製の棒
状小片と、棒状小片に取付けた加速度センサ、歪セン
サ、等のセンサと、このセンサで検出した棒状小片の振
動信号を抽出する周波数分析器とを設けた構成とする。

【０００６】即ち、本発明は、（１）流体の流れる流路
の内壁に一端を固定して取付けた形状記憶合金からなる
棒状小片と、同棒状小片に取付けられ、前記流路を流れ
る流体により発生する同棒状小片の振動を検出するセン
サと、同センサの検出した信号により前記棒状小片の固
有振動数を分析し、抽出する周波数分析器とを具備して
なり、前記固有振動数の変化により前記流路を流れる流
体の温度を検出することを特徴とする温度検出装置を提
供する。

【０００７】更に、（２）前述の（１）の発明におい
て、前記棒状小片は前記流路の内壁に両端を固定してな
ることを特徴とする温度検出装置も提供する。

【０００８】

【作用】本発明は前述の手段により、その（１）の発明
においては、流路を流れる気流又は液流によって棒状小
片の後方に渦流が発生し、この渦による流体の乱れによ
って棒状小片が励振される。棒状小片はこの励振により
自らの固有振動数で振動するが、固有振動数は縦弾性係
数に依存し、棒状小片は例えば、細線や細い棒、等の形
状で形状記憶合金製であるのでその縦弾性係数は変態温
度近辺で通常の金属に比べ、著しく変化する。例えば、
Ｎｉ−Ｔｉ合金においては温度が５０℃〜１５０℃の範
囲で縦弾性係数は約３０％も変化する。従ってこの棒状
小片の固有振動数は温度の変化により変動することにな
り、棒状小片に取付けた加速度センサ、歪ゲージ、等の
センサによりその変動を検出し、周波数分析器でその固
有振動数を抽出し、対応する流体の温度を決定すること
ができる。

【０００９】又、（２）の発明においても棒状小片は両
端で確実に固定されているので、前述の（１）の発明と
同様の作用を奏すると共にセンサの取付け、等が確実に
なされるものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る温度検出
装置の構成図、図２は本発明の一実施例の温度検出装置
に適用されるＮｉ−Ｔｉ合金の温度と縦弾性係数Ｅとの
特性曲線である。

【００１１】図１において、１はダクトで内部に気流又
は液流が８で示す矢印方向に流れている。２は形状記憶
合金製の小棒で、線状、棒状、板状の小片でＮｉ−Ｔ
ｉ、等からなり、固定具３によりダクト１の壁面に一端
を支持されて突出して保持されている。４はこの小棒２
に張り付けられた歪ゲージで、歪ゲージ４からは固定具
３を通してダクト１の外部へリード線９が引き出され、
増幅器５に接続されている。増幅器５は更に周波数分析
器６へ接続している。７はダクト１内の気流又は液流に
よって小棒２の後に発生する渦である。

【００１２】このような構成により、気流又は液流によ
り発生する渦による乱れで小棒２は励振される。小棒２
はこの励振により自らの固有振動数で振動する。本例で
の形状記憶合金、Ｎｉ−Ｔｉの特性より、温度によって
縦弾性係数Ｅが図２に示すように著しく変化する。この
縦弾性係数が変化すると次の（１）式に示すようにその
固有振動数ｆも著しく変化することになる。従って、温
度の変化は固有振動数の変化となるので、周波数を測定
することにより温度が測定される。

【００１３】例えば、一端を支持、他端自由の片持梁の
固有振動数は次の（１）式で示される。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、Ｅ：縦弾性係数，ｌ：梁の長さ，
γ：単位体積当りの重量，Ａ：梁の断面積，ｇ：重力加
速度，Ｉ：梁の断面二次モーメントである。

【００１６】ここで、形状記憶合金の縦弾性係数Ｅは、
その変態温度の近辺で通常の金属に比べ非常に変化が大
きい。このため、固有振動数ｆの変化も大きく、検出し
やすい。ただし、温度の検出範囲は、このＥの変化が大
きい領域とする。

【００１７】例えば、図２にＮｉ−Ｔｉ合金の縦弾性係
数Ｅの温度依存性を示すが、温度５０℃〜１５０℃の間
でＥは略３０％も変化しており、これは約１５％（Ｖ
１．３−１）の周波数変化に相当する。

【００１８】これにより、温度変化が固有振動数の変化
としてあらわされ、デジタル化しやすくなり、温度測定
のための後の処理に便利になる。なお、縦弾性係数Ｅが
形状記憶合金の変態温度の近辺で変化が大きいのは金属
組織の変化が大きいためと考えられる。

【００１９】又、前述の実施例では、小棒２は一端を固
定した例で説明したが、本発明ではこの小棒をダクト内
壁に両端を固定して取付けても良いものである。

【００２０】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
においては、流体の流れる流路の内壁に形状記憶合金か
らなる棒状小片を取付け、この棒状小片にはセンサを取
付け、このセンサで検出した棒状小片の振動を分析する
周波数分析器とを設けて固有振動数を抽出してその固有
振動数の変化により温度を測定するようにしたもので次
のような効果を奏するものである。

【００２１】（１）センサの製作が安価である。

【００２２】（２）現象をデジタル量として取扱え、処
理システムの構成が容易となる。

【００２３】（３）熱電対等を用いる場合と異なり、流
れの場に適合した任意の形態にセンサの取付、等の計画
ができる。又、その形態の工夫で任意の周波数範囲を設
定できるので、処理システムを安価なものに選定でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る温度検出装置の全体構
成図である。

【図２】本発明の一実施例に係る温度検出装置に適用さ
れるＮｉ−Ｔｉ合金の縦弾性係数と温度との関係の特性
図である。

【符号の説明】

１ ダクト ２ 形状記憶合金製小棒 ３ 固定具 ４ 歪ゲージ ５ 増幅器 ６ 周波数分析器 ７ 渦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流れる流路の内壁に一端を固定し
   て取付けた形状記憶合金からなる棒状小片と、同棒状小
   片に取付けられ、前記流路を流れる流体により発生する
   同棒状小片の振動を検出するセンサと、同センサの検出
   した信号により前記棒状小片の固有振動数を分析し、抽
   出する周波数分析器とを具備してなり、前記固有振動数
   の変化により前記流路を流れる流体の温度を検出するこ
   とを特徴とする温度検出装置。
2. 【請求項２】 前記棒状小片は前記流路の内壁に両端を
   固定してなることを特徴とする請求項１記載の温度検出
   装置。