JPH0954110A

JPH0954110A - 熱式流速センサ

Info

Publication number: JPH0954110A
Application number: JP7225910A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Mori; 克久森; Yasunori Hida; 恭典肥田; Mitsuyoshi Hattori; 光芳服部
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-10
Also published as: JP3405862B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐久性に優れており、かつ、測定精度の高い
熱式流速センサを提供する。【構成】風速センサ１０を構成する風速検知素子２０
は、絶縁性材料で形成された棒状部材２１の周囲に、風
に熱を奪われて電気抵抗値が変化する金属製の検出線２
０ａが巻かれており、その検出線２０ａと２０ａとの間
には、発熱線２０ｂが巻かれてなる。そして、発熱線２
０ｂを電流を流して高温に加熱することにより、風速検
知素子２０の表面に付着した汚染物質を焼き切って除去
することができる。したがって、検出線２０ａは直接電
流が流されて高温に加熱されないため、膨張、収縮によ
る金属疲労で断線したり、電気的性質が変化したりする
ことがなく、耐久性および測定精度を向上することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体中に置かれた発熱
体の電気抵抗値に基づいて、流体の流速を測定する熱式
流速センサであって、風速を測定するために好適なもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】風速を測定するための熱式流速センサと
しては、図８に示すように、絶縁性材料で形成された台
座５０の上面に立設された支持部材５２、５２間に風速
検知素子５４が設けられており、支持部材５６、５６間
に温度補償用素子５８が設けられたものが知られてい
る。上記支持部材５２および５６は、導電性材料で形成
されており、上記支持部材５２はリード線６０に、支持
部材５６はリード線６２にそれぞれ電気的に接続されて
いる。上記風速検知素子５４は、絶縁性材料で形成され
た棒状部材（図示省略）の周囲に金属製の検出線が巻か
れて構成されており、上記リード線６０および６２は、
図４に示す風速を測定する測定回路に電気的に接続され
ている。

【０００３】そして、電流が流れて発熱した風速検知素
子２０（５４）は、風が当たって冷却されると、その抵
抗Ｒ３の値が増加しようとするが、抵抗Ｒ１ないしＲ４
で構成されるブリッジ回路の不平衡電圧がオペアンプＡ
１を介してブリッジ回路に帰還されるため、風速検知素
子２０から奪われた熱量に応じた電流が、上記風速検知
素子２０（５４）に供給され、風速検知素子２０（５
４）は一定温度に保たれる。そこで、その時の風速検知
素子２０（５４）の両端に印加された電圧偏差が、ブリ
ッジ回路によって検出されるとともに、リニアライザー
回路３１によって風速を示す信号に変換され、表示器３
３に風速が表示される。

【０００４】ところで、上記風速検知素子２０（５４）
の表面に塵や埃などの汚染物質が付着すると、上記風速
検知素子２０（５４）の熱が奪われ難くなり、奪われる
熱量と電気抵抗値とが正確に対応しなくなるため、正確
な風速を測定することが困難となる。そこで、上記従来
のものは、上記風速検知素子２０（５４）を上記検出線
に上記風速検出時よりも大きい電流を流して高温（たと
えば、６５０°Ｃ）に加熱し、風速検知素子２０（５
４）の表面に付着した汚染物質を熱で焼き切って除去し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、風速検
知素子５４に大電流を流して高温に加熱すると、風速検
知素子５４の棒状部材に巻かれた金属製の検出線が熱膨
張し、加熱を中止すると収縮する。つまり、その膨張お
よび収縮が、汚染物質を除去する度に繰り返されるため
金属疲労が発生し、検出線が断線するという問題があ
る。また、検出線の電気的性質が変化してしまい、正確
な風速を測定できないという問題もある。さらに、上記
検出線が、風速の検出と、汚染物質の除去のための加熱
とを兼用しているため、上記検出線が断線すると風速を
検出することができなくなるという問題がある。

【０００６】そこで本発明は、上述した各課題を解決す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、第１に耐久性に優れており、かつ、流速を正確に測
定できる熱式流速センサを提供することにあり、第２に
発熱線が断線した場合であっても、風速を検出すること
ができる熱式流速センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、絶縁性材料で形成され
た棒状部材と、前記棒状部材の周囲に巻かれており、流
体により熱が奪われて電気抵抗値が変化する金属製の検
出線と、前記検出線と検出線との間に巻かれており、電
流を流されて発熱する発熱線と、からなる風速検知素子
を備えるという技術的手段を採用する。

【０００８】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の熱式流速センサにおいて、前記流体の温度に応じて
電気抵抗値の変化する温度補償用素子が、前記検出線に
電気的に接続されてなるという技術的手段を採用する。

【０００９】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載の熱式流速センサにおいて、前記風速検知素子および
温度補償用素子には、それらの素子の電気抵抗値をそれ
ぞれ検出し、その検出された電気抵抗値に基づいて前記
流体の流速を測定する測定手段が接続されており、前記
発熱線には、この発熱線に電流を流して加熱する加熱手
段が接続されてなるという技術的手段を採用する。

【００１０】

【作用】請求項１ないし３に記載の発明では、風速検知
素子を構成する絶縁性材料で形成された棒状部材には、
流体の流速を検出する検出線とは別個に発熱線が巻かれ
ているため、上記発熱線を加熱することにより、上記風
速検知素子の表面に付着した汚染物質を焼き切って除去
することができる。つまり、上記検出線は、直接大きな
電流が流れて高温に加熱されないため、上記検出線の電
気的性質が変化したり、上記検出線が膨張および収縮の
繰り返しによる金属疲労により断線したりすることがな
い。したがって、熱式流速センサの耐久性を向上させる
ことができ、かつ、流速を正確に測定することができ
る。

【００１１】特に、請求項２に記載の発明では、流体の
温度により電気抵抗値の変化する温度補償用素子が、上
記検出線と電気的に接続されているため、検出線の電気
抵抗値が流体の温度により変化した場合であっても、そ
の変化を補償することにより、正確な流速を測定するこ
とができる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明では、上記風
速検知素子および温度補償用素子には、流体の流速を測
定する測定手段が接続されており、上記発熱線には、こ
の発熱線に電流を流して加熱する加熱手段が接続されて
いるため、上記発熱線が断線した場合であっても、上記
測定手段により、上記流体の流速を測定することができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例について図
を参照して説明する。なお、本実施例では熱式流速セン
サの一例として熱式風速センサを例に挙げて説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る風速センサの外観説
明図である。熱式風速センサ１０は、絶縁性材料で形成
された円板形状の台座１２と、この台座１２の上下面を
貫通しており、絶縁性材料で形成された支持基板１４と
を備え、この支持基板１４の板面に形成された窓部１６
に風速検知素子２０が、窓部１８に温度補償用素子２２
が、それぞれ設けられて構成されている。なお、本実施
例では、上記台座１２は、ポリアセタールなどの合成樹
脂製材料で１５ｍｍφ、厚さ４ｍｍに形成されており、
上記支持基板１４は、ガラスエポキシ製で全高２５ｍ
ｍ、全幅１２ｍｍ、厚さ１．２ｍｍに形成されている。
また、上記窓部１６、１８は、それぞれ高さ７ｍｍ、幅
８ｍｍに形成されている。

【００１４】ここで、上記風速検知素子２０の構造につ
いて図２を参照して説明する。上記風速検知素子２０
は、セラミック製の棒状部材２１の周囲に、風速を検出
するための金属製の検出線２０ａと、加熱を行って上記
風速検知素子２０の表面に付着した塵や埃などの汚染物
質を焼き切るための発熱線２０ｂとが交互に一定間隔
（たとえば、０．１ｍｍ）を隔てて巻かれて構成されて
いる。また、上記検出線２０ａおよび発熱線２０ｂの上
には、耐熱性強化ガラスの保護膜２３が厚さ２０μｍで
オーバーコートされており、上記両線が保護されてい
る。

【００１５】なお、上記温度補償用素子２２は、上記発
熱線２０ｂが巻かれていない点を除いて、上記風速検知
素子２０と同じ構造であるので説明は省略する。また、
本実施例では、上記棒状部材２１は、全長５ｍｍ、０．
５ｍｍφである。また、上記検出線２０ａおよび発熱線
２０ｂは、それぞれ純白金で直径１８μｍの断面円形に
形成されており、その直径が小さい（断面積が小さい）
ことにより電気抵抗を有し、発熱するようになってい
る。

【００１６】次に、上記支持基板１４の内部構造につい
て図３を参照して説明する。上記支持基板１４の窓部１
６の両側には、上記風速検知素子２０の両端から導出さ
れた検出線２０ａを電気的に接続するための接続線２４
ａ、２４ａが形成されている。上記支持基板１４の裏側
（紙面裏側）の窓部１６の両側には、上記風速検知素子
２０の両端から導出された発熱線２０ｂを電気的に接続
するための接続線（図示省略）が形成されている。ま
た、窓部１８の両側には、上記温度補償用素子２２の両
端から導出された温度検出線２２ａを電気的に接続する
ための接続線２６ａ、２６ａが形成されている。

【００１７】上記各接続線２４ａは、上記台座１２の下
面に突出した基板１４の下端部に取り付けられたリード
線２８ａ、２８ａにそれぞれ電気的に接続されており、
上記各接続線２６ａは、リード線２８ｂ、２８ｂにそれ
ぞれ電気的に接続されている。また、上記加熱線２０ｂ
が電気的に接続された接続線（図示省略）は、上記基板
１４の下端部の裏面（紙面裏側）から表面へ貫通してリ
ード線３０、３０にそれぞれ電気的に接続されている。
そして、上記リード線２８ａおよび２８ｂは、図４に示
す測定手段としての測定回路に、上記リード線３０は、
図５に示す加熱手段としてのヒータ回路にそれぞれ電気
的に接続されている。

【００１８】なお、本実施例では、上記接続線２４ａ、
２６ａおよび上記発熱線２０ｂが電気的に接続された接
続線（図示省略）は、それぞれ銅箔をエッチングして形
成されており、上記リード線２８ａ、２８ｂおよび３０
は、それぞれイラックス線、または、被覆銅線で断面積
０．２ｍｍ²に形成されている。

【００１９】次に、上記測定回路について図４を参照し
て説明する。上記測定回路は、トランジスタＴｒ１のエ
ミッタ側に接続された、抵抗Ｒ１ないしＲ４からなるブ
リッジ回路を備えてなる。このブリッジ回路には、抵抗
Ｒ３（風速検知素子２０の抵抗）と抵抗Ｒ２との分岐点
と、抵抗Ｒ４および可変ＲａとＲ１（温度補償用素子２
２の抵抗）および抵抗Ｒｂの分岐点のそれぞれに発生す
る電圧信号を入力するオペアンプＡ１が接続されてい
る。上記オペアンプＡ１の（＋）の入力側には、上記風
速検知素子２０の両端に印加される電圧偏差を検出する
とともに、その検出された電圧偏差を風速を示す信号に
変換するリニアライザー回路３１が接続されている。ま
た、このリニアライザー回路３１には、風速を表示する
表示器３３が接続されている。

【００２０】上記ブリッジ回路は、上記風速検知素子２
０が一定温度（たとえば、６０°Ｃ）になったときにＲ
２（Ｒ１＋Ｒｂ）＝Ｒ３（Ｒ４＋Ｒａ）が成立し、平衡
状態になるように設定されている。

【００２１】そして、上記検出線２０ａに電流を流して
一定温度（たとえば、６０°Ｃ）に加熱された上記風速
検知素子２０に風が当たると、上記検出線２０ａは風に
より熱を奪われて冷却され、その抵抗値が増加しようと
する。つまり、上記ブリッジ回路が不平衡状態になる。
すると、上記オペアンプＡ１から不平衡電圧に応じた電
圧の信号が抵抗Ｒ５を介して上記トランジスタＴｒ１の
ベースに入力され、上記トランジスタＴｒ１から上記ブ
リッジ回路に上記奪われた熱量の分に相当する電流が供
給される。そして、上記検出線２０ａの温度が上昇し、
上記一定の温度が維持される。

【００２２】そこで、上記一定温度になった時に上記風
速検知素子２０の両端に印加された電圧偏差がブリッジ
回路によって検出されるとともに、その検出された電圧
偏差がリニアライザー回路３１によって風速を示す信号
に変換され、その変換された信号に基づいて風速が表示
器３３によって表示される。なお、上記ブリッジ回路の
一辺には上記風速検知素子２０の抵抗値を補償する温度
補償用素子２２が設けられているため、風の温度が変化
した場合であっても、正確な風速を検知することができ
る。

【００２３】次に、上記ヒータ回路について図５を参照
して説明する。上記風速検知素子２０を加熱するための
発熱線２０ｂ（リード線２８ｂ）は、リレースイッチＳ
Ｗ１を介して電源３４に接続されている。そのリレース
イッチＳＷ１には、トランジスタＴｒ２のコレクタ側が
接続されており、そのトランジスタＴｒ２のベース側に
は、抵抗Ｒ６を介してタイマー回路３６が接続されてい
る。

【００２４】そして、上記タイマー回路３６がＯＮする
と、上記トランジスタＴｒ２がＯＮするとともに、上記
リレースイッチＳＷ１がＯＮし、上記電源３４から上記
発熱線２０ｂに電流が供給され、上記発熱線２０ｂが一
定温度（たとえば、６５０°Ｃ）に加熱される。この加
熱により、上記風速検知素子２０の表面に付着している
塵や埃などの汚染物質が焼き切られて除去される。次
に、上記タイマー回路３６がＯＦＦすると、上記トラン
ジスタＴｒ２がＯＦＦするとともに、上記リレースイッ
チＳＷ１がＯＦＦし、上記電源３４から上記発熱線２０
ｂへの電流の供給が停止する。なお、本実施例では、上
記タイマー回路３６のＯＮする間隔は２４時間であり、
ＯＮしている時間は１分間である。また、上記電源３４
は、３０Ｖ、１．８Ｗの容量である。

【００２５】次に、上記熱式風速検知センサ１０の測定
精度について行った実験を図６を参照して説明する。図
６は、本発明者らが、上記熱式風速検知センサ１０の経
過時間に対する風速の偏差を測定し、その測定結果をグ
ラフにしたものである。同図において、横軸は経過時間
（日）を示し、縦軸は偏差を示す。この偏差は、風速２
０ｍ／ｓのフルスケールに対する測定された風速の偏差
を％で表したものである。○は上記熱式風速検知センサ
１０の測定点を示す。なお、風速検知センサ１０の加熱
によるクリーニングは、２４時間毎に１分間行った。

【００２６】同図に示すように、上記熱式風速検知セン
サ１０は、日が経ってもほとんど偏差がないことが分か
る。つまり、上記熱式風速検知センサ１０は、クリーニ
ングのために定期的に高温に加熱されても、検出線が断
線することがなく、高精度の測定を行うことができる。
なお、参考のために、同図にクリーニング機能のない熱
式風速検知センサの測定結果を●で示した。同図に示す
ように、上記クリーニング機能のない熱式風速検知セン
サでは、日が経つにつれて偏差が大きくなっている。

【００２７】次に、本発明の第２実施例を図７に基づい
て説明する。図７は、本出願人が先の出願（特願平７−
７９５１２号）において提案した無指向性の風速検知素
子の説明図である。この風速検知素子は、図７に示すよ
うに、風速検知素子４０の周囲に温度補償用素子４４が
形成されており、風向きが変わっても風速を正確に検知
することができることを特徴とする。上記風速検知素子
４０は、図示しないが、上記風速検知素子２０と構成が
同じであり、検出線と検出線との間に発熱線が巻かれて
いる。４２、４６および４７は、絶縁性材料で形成され
たリング状の支持部材である。そして、上記発熱線を加
熱することにより、上記風速検知素子４０の表面に付着
した汚染物質を焼き切って除去することができるため、
上記検出線の劣化を防止することができる。したがっ
て、従来のものよりも耐久性に優れており、かつ、風速
を正確に測定することができる。また、上記測定回路と
ヒータ回路とが独立しているため、上記ヒータ回路の発
熱線２０ｂが断線した場合であっても、上記測定回路に
より、風速を測定することができる。

【００２８】なお、上述した実施例では、本発明を風速
センサに適用した場合について説明したが、温水などの
液体の流速を測定するセンサにも適用可能である。ま
た、上記検出線２０ａおよび発熱線２０ｂを純白金に代
えてタングステンで形成することもでき、上記接続線２
４ａおよび２６ａを銅箔に代えて純白金箔で形成するこ
ともできる。

【００２９】

【効果】以上記述したように本発明の熱式流速センサに
よれば、絶縁性材料で形成された棒状部材には、流速を
検出する検出線とは別個に加熱クリーニング専用の発熱
線が巻かれており、その発熱線を加熱して熱式流速セン
サに付着した汚染物質を除去するため、検出線の電気的
性質が変化したり、検出線が膨張および収縮による金属
疲労により断線したりすることがない。したがって、熱
式流速センサの耐久性を向上させることができ、かつ、
流速を正確に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る風速検知センサを示
す外観説明図である。

【図２】図１に示す風速検知センサの風速検知素子の一
部断面説明図である。

【図３】図１に示す風速検知センサの支持基板の内部構
造図である。

【図４】図１に示す風速検知センサに接続される測定回
路の回路図である。

【図５】図１に示す風速検知センサに接続されるヒータ
回路の回路図である。

【図６】図１に示す風速検知センサと従来のものとの測
定結果を示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施例に係る風速検知センサを示
す外観説明図である。

【図８】従来の風速検知センサを示す外観説明図であ
る。

【符号の説明】

１０風速検知センサ２０風速検知素子２０ａ検出線２０ｂ発熱線２１棒状部材２２温度補償用素子

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】そして、電流が流れて発熱した風速検知素
子２０（５４）は、風が当たって冷却されると、その抵
抗Ｒ３の値が減少しようとするが、抵抗Ｒ１ないしＲ４
で構成されるブリッジ回路の不平衡電圧がオペアンプＡ
１を介してブリッジ回路に帰還されるため、風速検知素
子２０から奪われた熱量に応じた電流が、上記風速検知
素子２０（５４）に供給され、風速検知素子２０（５
４）は一定温度に保たれる。そこで、その時の風速検知
素子２０（５４）の両端に印加された電圧偏差が、ブリ
ッジ回路によって検出されるとともに、リニアライザー
回路３１によって風速を示す信号に変換され、表示器３
３に風速が表示される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】そして、上記検出線２０ａに電流を流して
一定温度（たとえば、６０°Ｃ）に加熱された上記風速
検知素子２０に風が当たると、上記検出線２０ａは風に
より熱を奪われて冷却され、その抵抗値が減少しようと
する。つまり、上記ブリッジ回路が不平衡状態になる。
すると、上記オペアンプＡ１から不平衡電圧に応じた電
圧の信号が抵抗Ｒ５を介して上記トランジスタＴｒ１の
ベースに入力され、上記トランジスタＴｒ１から上記ブ
リッジ回路に上記奪われた熱量の分に相当する電流が供
給される。そして、上記検出線２０ａの温度が上昇し、
上記一定の温度が維持される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性材料で形成された棒状部材と、前記棒状部材の周囲に巻かれており、流体により熱が奪
われて電気抵抗値が変化する金属製の検出線と、前記検出線と検出線との間に巻かれており、電流を流さ
れて発熱する発熱線と、からなる風速検知素子を備えたことを特徴とする熱式流
速センサ。
【請求項２】前記流体の温度に応じて電気抵抗値の変
化する温度補償用素子が、前記検出線に電気的に接続さ
れてなることを特徴とする請求項１に記載の熱式流速セ
ンサ。
【請求項３】前記風速検知素子および温度補償用素子
には、それらの素子の電気抵抗値をそれぞれ検出し、そ
の検出された電気抵抗値に基づいて前記流体の流速を測
定する測定手段が接続されており、前記発熱線には、この発熱線に電流を流して発熱させる
加熱手段が接続されてなることを特徴とする請求項２に
記載の熱式流速センサ。