JPH10508382A

JPH10508382A - 実時間測定方法

Info

Publication number: JPH10508382A
Application number: JP8515078A
Authority: JP
Inventors: エナラ，ヤルモ
Original assignee: アボアテクオサケユキチュア
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 1998-08-18
Also published as: FI945168A0; DE69534473D1; US6132083A; EP0805968B1; FI945168A; WO1996014572A1; EP0805968A1; FI113405B

Abstract

(57)【要約】この発明は、熱出力Ｐ_totをセンサ（２）に供給することによりセンサ（２）の温度Ｔ_aを変えると共に、センサに供給される熱出力Ｐ_totを測定することによって、センサ（２）及び媒体の間の熱伝導率Ｋを決定し、及び／又は媒体と熱交換関係にあるセンサ（２）を用いてセンサの熱容量Ｃ及び媒体の温度Ｔ_sを決定する実時間適応測定方法に関する。この方法において、センサ（２）の温度Ｔ_aが所望の時間依存性温度関数に実時間で従うように熱出力Ｐ_kがセンサに供給され、媒体の温度Ｔ_sが値Ｔ_eで近似され、所望の温度関数、温度Ｔ_a、及び媒体の温度見積りＴ_eに従って、センサの温度Ｔ_aを維持する熱出力Ｐ_kによって、熱伝導率Ｋに対して値Ｋ_eを計算し、必要に応じて、媒体の温度見積りＴ_eを変化させて、センサの温度Ｔ_a及び計算された熱伝導率Ｋ_eの間の相関が消失するようになし、かつ、センサ（２）の温度Ｔ_aの変化率ｄＴ_a／ｄｔを得るのに必要な熱出力Ｐ_cによって、かつ変化率ｄＴ_a／ｄｔによって、熱容量Ｃに対して値を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】実時間測定方法この発明は、熱出力をセンサに供給してセンサの温度を変えることによって、かつセンサに供給された熱出力を測定することによって、センサ及び媒体の間の熱伝導率Ｋを決定し、及び／又は媒体と熱交換関係にあるセンサによりセンサの熱容量Ｃ及び媒体の温度を決定する実時間適応測定方法に関する。熱伝導率の変化を測定する既知の装置、特に例えば熱風速計は、２つまたは１つの測温体の使用に基づいている。２つの測温体を利用する装置において、測温体の一方が加熱されて、加熱に使用される電力が同時に決定されるのに対し、他方の測温体は測定すべき媒体の温度を決定するのに使用される。２つの測温体を利用する各装置は、それらの動作に従って２つのグループに分けられる。１つのグループでは、加熱されるべき測温体に一定電力が供給され、測温体間の温度差が測定される。より一般的な構成において、測温体間の温度差は一定に保たれ、この目的のために必要な熱出力が決定される。後者の方法は、測定すべき量の変化に装置が応答する速度が、測温体間の温度差を調整するのに使用されるフィードバック・ループの増幅に比例して増大するという点でより有益である。１つの測温体を利用する装置は、測温体の冷却速度または予熱速度の観察、またはセンサを所望の温度に維持するのに必要な熱出力の決定に基づいている。前者の方法は、加熱すべき測温体に一定電力が供給され、測温体間の温度差が測定される２つのセンサの方法に対応している。後者の方法は主に、測温体間の温度差が一定に保たれ、この目的のために必要な熱出力が決定される２つの測温体の方法に対応している。１つの測温体を利用することの問題は、媒体の温度が既知でなく、そのためにセンサを所望の温度に維持するのに必要な電力が、媒体の熱伝導率だけでなく、例えば媒体の温度の変化にも依存し、それらの影響を相互に区別することができないということである。米国特許第５，１１７，６９１号は、微分法に基づくと共に、周囲温度についての情報無しで動作する１センサ測定方法を開示している。本願によるこの発明は、計算を通して媒体の温度を決定することを本質的な部分として備えた相関チェックに基づいている。前記米国特許の方法と比較して別の重要な相違は、測定が実時間で生じるということである。本発明による方法は実時間で機能し、このために前記米国特許に開示されると共に、実時間の測定を妨げるこの種の定常状態は何ら要求されない。前記米国特許による装置は、定常状態を安定化してこれに達するのにセンサの温度は必要とされないが、この種の場合、回路に復調器が利用され、このために実時間で測定結果を得ることができないというようにして実現することもできる。例えば熱風速計等の、２つの温度センサを利用する全ての測定装置における問題は、広い温度範囲内でのそれらのキャリブレーションの維持である。測定が2 つの温度センサ間の温度差を測定することに基づいているとき、それらの示度は、全動作温度範囲において極めて近接に相互に追従しなければならない。このことは高価で正確な部品の使用を要求すると共に、例えば、部品のエージング、エレクトロニクスによって引き起こされる加熱放射または熱入れに起因する問題をしばしば引き起こす。１つの測温体を利用する各測定装置における問題は、それらのスローな応答時間であった。この状況は、熱出力が一定に保たれると共に、温度センサ間の温度差が測定される、２つの温度センサを有する従来型の熱風速計と比較することができる。２つの測温体を利用する従来型熱風速計において、熱出力の調整を通して、温度センサ間の温度差を一定に保つことによって、応答時間が短縮される。このとき、熱風速計の速度は、調整に使用される増幅係数に比例して増大する。この理念は、１つのセンサについてのケースにはこれまで適応ができなかった。何故ならば、測定すべき媒体の温度が既知でなく、しかも媒体の温度が変化するにつれて、温度センサを一定温度に維持することは、センサ及び媒体間の温度差が一定のままであることを保証しないからである。長い応答時間に加えて、別の問題は、１つのセンサの冷却速度を測定することに基づく方法においては、センサの熱容量Ｃが既知であるかまたは少なくとも一定であると仮定されることである。更に、測定の際に、センサ及び媒体間の温度差は低減するが、ノイズレベルは一定のままであるために、信号対ノイズ比は悪い。この発明の目的は、１つの温度センサで媒体の温度を測定することを可能にすることにある。このとき、例えば流速または湿気等の、測定すべき媒体の特性によって引き起こされる熱出力の変化と、媒体の温度における変化によって引き起こされるものとを区別することが可能である。更に、従来の測定に使用された２つの測温体の相互精度に関する要求を除去することが可能である。別の目的は、従来のものに比してより簡単でより経済的な構造体を提供することにある。この発明のまた別の目的は、従来型の１つの測温体の各センサの遅鈍と、センサの熱容量は予め既知でなければならないかまたは少なくともその熱容量は一定でなければならないという要求とを除去することにある。この発明による方法もまた適応可能である。即ち、動作は条件によって容易に変化し得る。この発明による方法は、添付した請求の範囲に開示されていることによって特徴付けられる。この発明による方法は、少なくとも以下の利点を有している。・簡単な機械的かつ電気的実施（１つの測温体及び２本のワイヤ）。・２つの測温体の間の相互の差異は、測定の精度を低減することはできない。・上記理由により、キャリブレーションは良好な安定性を有し、測定はプロセッサの使用に基づいていることが好ましいために、キャリブレーションはソフトウェアによって行うことができる。センサと関連して小型メモリを配置することは、センサ特定のキャリブレーションデータをもたらし、そのゆえに精度の如何なる損失も無しに、異なるセンサが交換可能であって、保守をより容易にする。・１つのセンサを有する従来の方法とは異なり、測定結果が実時間で得られる。・センサの熱的遅鈍（即ち、比率Ｋ／Ｃが低いこと）は極めて重要なことではなく、このためにセンサを重くかつ強力にすることができると共に、例えば回転対称ハウジングを使用することができて、測定結果は流れの方向とは独立している。・測定の目的は限定的なものではなく、センサを囲む媒体は、例えば、気体、蒸気、液体または固体、若しくは粉体、泡、懸濁液または幾つかの相の或る他の混合物であり得る。・熱伝導率及び／又は熱容量及び温度を測定するのに同じ装置を使用することができる。・熱伝導率及び熱容量の決定に関しては、この方法は、温度測定の零点のエラーに対して鋭敏ではない。・熱伝導率及び熱容量の決定に関しては、この方法は、結合ワイヤの抵抗及びそこでの変化に対して鋭敏ではなく、このためにワイヤ長を大きくすることができる。・この方法は、センサの熱容量を測定するのに使用することができるので、例えば、センサが汚されても検出することは可能である。熱容量の変化に比例した量を有する熱伝導率に対して決定された値を修正することも可能であって、例えば、センサの汚れに関する影響は、計算を通して補償することができる。以下において、例証を用い、添付した図面を参照することによって、この発明をより詳細に説明する。図面の図は、この発明による方法を実施する測定構成を示している。図において、電圧Ｕ_aは、測定すべき媒体中に配置されたプラチナ抵抗器２（Ｐｔ１００）を加熱するのに使用される。抵抗器の温度は、電圧Ｕ_aがＵ_hが既知のときに決定することができる。何故ならば、等式Ｕ_a＝Ｕ_h・Ｒ₂／（Ｒ₂＋Ｒ₁ ）が適用できると共に、センサ／抵抗器２の値及びその温度はこの等式から計算することができるからである。例えばＲ₁＝１００Ω等のプラチナ抵抗器の抵抗に近い値が、プラチナ抵抗器と直列の抵抗器１の抵抗として選択される。何故ならば、このような場合、プラチナ抵抗器の抵抗における或る程度の変化は、電圧Ｕ_aにおいてできる限り大きな変化に対応するからである。簡略化のために、Ａ／Ｄコンバータ３の正の基準電圧Ｕ₊は電圧Ｕ_hに接続されると共に、相応じて、Ｕ_-がアースに接続されて、Ａ／Ｄコンバータ３が比率Ｕ_a／Ｕ_hを直接測定するようになっている。プラチナ抵抗器２の抵抗、従って温度Ｔ_aについての情報をＡ／Ｄコンバータ３から読み出すと共に、これを所望の値と比較するプログラムは、プロセッサ４において動作する。温度が低過ぎれば、プログラムは出力ポートを上昇させて、抵抗器５及びコンデンサ６によって形成される低域フィルタを介して、加熱電圧Ｕ_hを制御する増幅器７を制御するようになっている。相応じて、プラチナ抵抗器２の被測定温度Ｔ_aが高過ぎれば、出力ポートを低下させて、加熱電圧を低減するようになっている。本プロセッサにおいては、この機能は、例えば、１秒当り数百回容易に実行することができ、実用上、動作は連続している。センサの熱伝導率及び／又は熱容量は、同一周波数または例えば１０倍低い周波数で計算することができ、かつ、例えば媒体の流速または水分等の所望の量は、前者の量を利用して計算することができる。Ｄ／Ａコンバータを含むプロセッサを使用することができれば、抵抗器５及びコンデンサ６は不要であり、プロセッサのＤ／Ａコンバータのアナログ出力は、増幅器７を直接制御するのに使用することができる。Ａ／Ｄコンバータを含むプロセッサを使用するとき、外部Ａ／Ｄコンバータ３は自然に不要である。電流を供給するためのプロセッサのＤ／Ａコンバータの容量が十分であれば、増幅器７もまた除去することができる。このような場合、この発明による装置は、３つの部品、即ち、プロセッサ４、測温体２及び抵抗器１を含んでいるだけである。電圧Ｕ_hは既知である。何故ならば、プログラムがその設定値をもたらすからである。プラチナ抵抗器２、即ち、温度センサの抵抗及び温度データはＡ／Ｄコンバータ３から得られ、そのために加熱に必要な電力Ｐ_totを計算することができる。プラチナ抵抗器２の温度Ｔ_aがソフトウェアによって調整され、この温度に対する熱伝導率Ｋ_eの相関が計算されるとき、媒体の温度見積りＴ_eに対する正確な値Ｔ_sを決定することができる。電圧Ｕ_hを変えることによって、温度センサ２の温度Ｔ_aを変える。時間関数として、温度Ｔ_aは、例えば、正弦関数、のこぎり歯関数、指数／矩形関数若しくは或る他の周期的または無周期関数に似ることができる。温度Ｔ_aの移動平均もゆっくりと変化することができ、この結果、媒体の温度における変化を補償するようになっている。センサの温度Ｔ_a及び媒体の温度Ｔ_sの間の差は、例えば測定の精度または装置の消費電流を変えるために、所望の方法で変えることができる。センサによって要求される熱出力Ｐ_totにおける変更されたセンサ温度Ｔ_aによって引き起こされる変化を考慮に入れて、熱伝導率Ｋ_eの関数を新しい温度値で繰り返し解くことによって、媒質の熱伝導率を計算することが可能になると共に、各周期に対する計算された熱伝導率Ｋ_e及びセンサ温度Ｔ_aの間の相関であって、媒体の温度Ｔ_sの変化を示す前記相関をチェックすることが可能となる。媒体の温度Ｔ_sに対する新しい各値は、センサの温度サイクルの際に一旦近似的に得られる。新しい温度Ｔ_aが或るレベルに落ち着くのを待つ必要はないが、例えば温度が依然として変化しているときに生じる一時的な値でさえも、計算アルゴリズムが状態の安定化を何ら必要としないことから、測定値として有効である。媒体の温度Ｔ_sの大きな変化は、媒体に対して使用される温度の見積りＴ_eをプログラムがうまく補正する前に、測定においてエラーを引き起こし得る。このような場合、温度Ｔ_sの値の変化は外挿法を通してソフトウェアによって補償することができ、熱伝導率Ｋ_e及び温度センサの温度Ｔ_aの間の相関の次のチェックの前に、媒体の温度見積りＴ_eを予め補正することができる。温度センサ２の温度Ｔ_aを維持するのに必要な電力Ｐ_kが変化すれば、これは、センサ及び媒体間の熱伝導率の変化若しくは媒体の温度の変化、または両者に起因する。温度変化は、十分に頻繁に行われる前述した相関チェックで検出され、チェックの後に恐らく残る電力の変化は熱伝導率の変化に帰することができ、このためこの情報は、熱伝導率を解くために以下において開示する等式に利用することができる。与えた例証はプラチナ抵抗器を用いている。何故ならば、プラチナ抵抗器は広範に使用されると共に、直接導通する電流で加熱することができるからである。ニッケル抵抗器、または例えば任意長さの金属ワイヤの一片、表面に蒸着された膜状体、半導体部品、即ち、温度の関数である電気的特性を有する任意の装置を等しく利用することができる。温度を測定する部品、及び加熱及び／又は冷却するのに使用する部品は独立しており、例えば、プラチナ抵抗器及び加熱用抵抗器の組合せ、または半導体部品及びペルチェ要素(Peltier element)の組合せである方法を使用することもできる。加熱及び温度測定に使用されるセンサ間の熱伝導率が高いこの種の組合せが要求される。センサの温度が、例えばセンサが生成する赤外線放射に基づいて外部から測定される方法を使用することも可能である。センサは、例えば電磁放射線によって外部から加熱することもできる。熱的に媒体と接続したセンサを吟味することとする。媒体は、例えば、気体、蒸気、液体、固体、または例えばコロイド溶液、乳濁液、エアロゾル、泡または２つの液体によって形成されたマクロ相(macroscopic phase)等の、幾つかの相によって形成された不均一系、または例えば、表面にセンサが取り付けられた気体中の固体片、またはその流速が管の外側に取り付けられた本発明によるセンサによって測定されてなる、管の中を流れる流体または気体であって良い。Ｔ_aを有する媒体の温度及びＴ_aを有するセンサの温度を示すこととする。センサ及び媒体の温度が相互に異なれば、センサ及び媒体間の温度差Ｔ_a−Ｔ_sと、センサ及び媒体間の熱伝導率Ｋとに比例する電力Ｐ_Kにある媒体へとセンサから加熱が伝わる。センサを或る温度Ｔ_aに維持すべきときは、以下の電力が要求される。Ｐ_k＝Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）例えば、対流電流の影響を考慮すべきならば、この発明の原理に影響すること無く、Ｐ_k、Ｋ、Ｔ_a及びＴ_sを相互に関係付けるのにより複雑な等式を使用することができる。センサの温度を変えることによって、センサの温度が変化する速度ｄＴ_a／ｄｔと、センサの熱容量Ｃに比例する電力Ｐ_cが要求される。Ｐ_c＝Ｃ・ｄＴ_a／ｄｔ．センサに供給すべき総合電力は次の通りである。Ｐ_tot＝Ｐ_e＋Ｐ_K＝Ｃ・ｄＴ_a／ｄｔ＋Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）こうして、総合電力Ｐ_totは、センサの温度を或る一定のレベルに維持すると共に、これを所望レートで変化させるのに使用される２つの部分Ｐ_k及びＰ_cから成っている。電力は熱出力に当てはまり、このため電力は、例えばセンサが媒体に比して低い温度にある場合、またはセンサ温度の変化率ｄＴ_a／ｄtが十分に高い負の値を得る場合、負であっても良い。総合電力Ｐ_tot及びセンサの温度Ｔ_aは、所望の時間に測定することができる。未知数Ｋ、Ｃ及びＴ_sは等式から解かれる。本願による発明において、センサの温度は或る時間関数であり、センサに供給すべき電力は必要に応じて調整して、センサの温度を各瞬間に所望のレベルに保つようになっている。Ｐ_cは、センサ温度Ｔ_aの変化率ｄＴ_a／ｄｔと、センサ及び媒体間の温度差Ｔ_a−Ｔ_sに比例するので、Ｔ_sを時間関数として適切に選択することにより、前述した２つの電力の測定間、従って熱伝導率及び熱容量の測定間の微分が可能となる。媒体の熱伝導率Ｋ及び温度Ｔ_sの測定を理解するために、先ず、熱伝導度Ｋの測定が試験される。測定の際に、センサの温度Ｔ_aには一定値が与えられ、そのゆえにｄＴ_a／ｄｔ＝０、こうしてＰ_c＝０及びＰ_tot＝Ｐ_kとなる。従って、次式が成立する。Ｐ_tot＝Ｐ_k＋Ｐ_c＝Ｐ_k＝Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）＜＝＞Ｋ＝Ｐ_K／（Ｔ_a−Ｔ_s）しかしながら、問題は媒体の温度Ｔ_sが既知ではないということである。媒体の温度Ｔ_sには値Ｔ_e′を与えることができて、以下の等式を書くことができる。Ｋ_e＝Ｐ_k／（Ｔ_a−Ｔ_e）式中、Ｋ_eは、媒体の温度に推定値Ｔ_eが与えられるときにＫに対して計算される値である。電力Ｐ_kに対するＰ_k＝Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）の正確な値を等式に代入したとき、等式は以下の通りである。Ｋ_e＝Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a−Ｔ_e）Ｔ_a＞Ｔ_s．Ｔ_eを仮定されたい。３つの異なるケースを吟味することとする。Ｔ_e＞Ｔ_s ：係数（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a−Ｔ_e）＞１が成立し、こうしてＫ_e＞Ｋとなる。Ｔ_aが増加するとき、（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a −Ｔ_e）は減少する。Ｔ_e＝Ｔ_s ：係数（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a−Ｔ_e）＝１であり、こうしてＫ_e ＝Ｋとなる。（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a−Ｔ_e）はＴ_aの値に依存しない。Ｔ_e＜Ｔ_s ：係数（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a−Ｔ_e）＜１であり、こうしてＫ_e ＜Ｋとなる。Ｔ_aが増加するとき、（Ｔ_a−Ｔ_s）／（Ｔ_a− Ｔ_e）は増加する。正確な値Ｔ_e＝Ｔ_sが媒体の温度見積りとしてもたらされれば、熱伝導率Ｋに対して計算される値Ｋ_eは正確である。即ち、Ｋ_e＝Ｋであることが示される。不正確な値Ｔ_e≠Ｔ_sが温度見積りとしてもたらされれば、Ｋ_eに対して計算される値は不正確であって、センサの温度Ｔ_aに依存する。従って、要求される補正の方向は勿論のこと、媒体の温度Ｔ_sに対してもたらされた見積りＴ_eの精度は、熱伝導率に対して計算される値Ｋ_eとセンサの温度Ｔ_aの間の相関から推断することができる。更に、媒体に対して使用される温度見積りにおけるエラーと、Ｔ_a 及びＫ_e間の相関の程度との間に明瞭な依存性があることを思量することは容易であり、このために、要求される補正の方向の他に、補正の程度を相関チェックに基づいて推断することができる。同様の結果はＴ_a＜Ｔ_s．Ｔ_eのときに得られる。センサの温度Ｔ_aとの相関があるか否かを調べるべく、時間関数であるセンサの温度Ｔ_aをチェックすると共に、熱伝導率に対して計算された値Ｋ_eをモニタすることによって、計算において媒体に対して使用される温度見積りＴ_eが正確であるか否かが判明し、もし不正確であれば、所要の補正の方向及び程度もまた見い出される。センサの熱容量Ｃが既知であれば、たとえセンサの温度が決定のときに変化しても、熱伝導率Ｋを決定することができる。Ｔ_aは既知の時間関数であるので、ｄＴ_a／ｄｔもまた既知であり、このために熱伝導率に対して以下の等式が得られる。Ｋ_e ＝Ｐ_k／（Ｔ_a−Ｔ_e）＝（Ｐ_tot−Ｐ_c）／（Ｔ_a−Ｔ_e）＝（Ｐ_tot−Ｃ・ｄＴ_a／ｄｔ）／（Ｔ_a−Ｔ_e）等式の右辺の全ての変数は既知であり、このためにＫを計算することができる。従って、測定結果は如何なる所望のときでも実時間で得られる。当該主要目標が熱伝導率の測定であり、しかも或る寸法のセンサの温度Ｔ_a及び決定した値Ｋ_eに基づく計算された熱伝導率Ｋ_eの間の相関の影響が既知であれば、媒体の温度見積りＴ_eを補正する必要はないが、熱伝導率に対して計算された値Ｋ_eを相関の既知の関数である量で直接補正することができる。媒体の温度Ｔ_sが或る期間の際に比較的堅実に変化すれば、センサの温度Ｔ_a 及び熱伝導率に対して決定された値Ｋ_eの間の相関が決定される前に、媒体の温度見積りＴ_eに対して新しい値を既に外挿法によって推定することができる。センサの熱容量Ｃを測定するために、センサの温度がＴ_aのとき、熱伝導率Ｋが先ず決定される。センサの温度Ｔ_aは、ｄｔの間に特異的に小さな量ｄＴ_aだけ変化する。総合電力に対する式は別な形式で書き表わされる。Ｃ・ｄＴ_a／ｄｔ＝Ｐ_tot−Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）＜＝＞Ｃ＝（Ｐ_tot−Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s））／（ｄＴ_a／ｄｔ）＝（Ｐ_tot−Ｐ_k）／（ｄＴ_a／ｄｔ）センサの温度の変化ｄＴ_aは極めて小さいので、Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）＝Ｐ_kは一定である。分子のＰ_tot−Ｐ_kは、センサの温度が一定のままである状況と比較して、ｄＴ_a／ｄｔの速度でセンサの温度を変えるのに必要な電力の変化を表わしている。熱容量の測定中に熱伝導率Ｋが既知であることは不要である。何故ならば、Ｃは例えば以下のようにして決定することもできるからである。センサの温度がｄｔの間に特異的に小さな量ｄＴ_aだけ変化し、そのために以下の等式が適用できることを仮定する。Ｐ_tot.1＝Ｐ_c＋Ｐ_k＝Ｃ・ｄＴ_a／ｄｔ＋Ｐ_k 次に、反対方向と等速度でセンサの温度を変化させ、このために等式を適用することができる。Ｐ_tot.2＝Ｃ・−ｄＴ_a／ｄｔ＋Ｐ_k ｄＴ_aは小さいので、Ｐ_kは一定である。両等式を減算し合うと次式が得られる。Ｐ_tot.1−Ｐ_tot.2＝Ｃ・２ｄＴ_a／ｄｔ＝＞Ｃ＝（Ｐ_tot.1−Ｐ_tot.2）／（２ｄＴ_a／ｄｔ）この発明は、温度を決定した状態で同時にセンサ及び媒体の熱伝導率及び熱容量を決定するのに適している。媒体の熱伝導率は、例えば流れの状態の変化によりまたは媒体の変化特性により変化し得る。熱容量は、例えばセンサの汚染によりまたは媒体の特性の変化により変化し得る。この発明の適切な応用は、例えば、媒体の流速の測定、接触の指示、水分量の測定、圧力の測定、気体水分の測定、管壁を通した熱特性の測定、及び容器のレベル測定を含む。キングの法則（King's law）Ｐ_k＝Ｋ（Ｔ_a−Ｔ_s）＝（Ｃ₀＋Ｃ₁ｖ^1/2）（Ｔ_a−Ｔ_s）式中、Ｃ₀及びＣ₁は測定構成の特性を示す定数であり、ｖは流れる媒体によって囲まれた対象物に対して近似的に適用できる、媒体の流速である。熱伝導率Ｋは前述のようにして決定することができて、流速は次の式から計算できるようになっている。ｖ＝〔（Ｋ−Ｃ₀）／Ｃ₁〕² キングの法則は、この方法の原理に何らの影響を及ぼすこと無く、例えば媒体の乱流、粘度、水分及び圧力を考慮に入れるべく特定することができる。この発明はまた、管壁を通した流速の測定に大いに適用可能である。センサは熱的に管壁に接続しており、この結果、管状体はセンサの温度Ｔ_aを近似的に有する。センサが測定すべき媒体によって完全に囲まれてはいないので、前述したケースとは異なり、熱がセンサ及び電力Ｐ_vを有する周囲の間で伝わることを除いて、状況は前述したことに対応する。この条件が総合電力に付加されるとき、測定は、センサが媒体によって完全に囲まれている通常形式を回復する。管壁を介した測定によってポストアセンブリ及び保守を容易にすることができ、システムは堅固であり、しかも管状体中の物質の流れに影響を及ぼすことはない。更に、管状体の内面に集まる汚染の量は、熱容量を測定することによって評価することができる。接触は、材料の表面が接触されたときに変化する熱伝導率及び熱容量を有する構造体中に温度センサを突っ込むことによって示され、しかも接触は、接触している対象物の温度にかかわらず検出することができる。水分の増加は通常、媒体の熱伝導率を高め、このことは、この発明による方法によって検出することができる。有益な応用は、例えばプラント栽培、それに例えばコンクリート打ち及び水の被害と関連して構造体の乾燥をモニタすることを含む。周囲温度の変化は測定に影響を及ぼすことはない。圧力が増大するとき、気体の熱容量が増大し、このことは測定可能である。センサを囲む測定すべき気体が静止していれば、この種の測定を行うことは最も容易である。このことは、例えば、毛細管を介して測定すべき圧力に接続している測定用チェンバでセンサを包囲することによって実施することができる。しかしながら、気体が静止することは必要ない。気体水分の測定は、大気中の水分が多ければそれだけより大くの水を吸収する適切な吸湿性物質でセンサをコートするかまたはこれを充填することによって行われる。この方法によって、センサ中の吸湿性物質の熱容量の変化を検出することが可能となる。別な方法は、センサの熱容量を測定すると共に、センサの温度を変えて熱容量を一定に保つことであり、このために所要温度は水分の関数である。熱的諸特性は、管壁にセンサを熱的に接続することによって、管壁を介して測定することができる。適切な管壁の特性は、管状体の内面及び外面の間では熱伝導率が良好であるが、管壁の方向では熱伝導率が悪いということである（例えば、熱的異方性材料の薄い壁及び管を有する管状体）。このような場合、加熱はセンサと測定すべき媒体の間で伝わろうとし、媒体の熱的特性を測定するのは容易である。例えば、媒体の流れは熱伝導率を増加させ、従って測定することができる。管状体の内側に付着した不純物は熱容量を変化させ、検出可能である。系の遅鈍（比率Ｃ／Ｋ）はしばしばこの種の応用には重要であるため、冷却速度の決定に基づく１つの測温体の従来の測定を応用することは困難である。容器面がセンサのレベルまで上昇することによって、熱伝導率が変化される。容器の内容物の温度は測定に影響を及ぼすことはなく、測定は容器壁を通してさえも可能である。２つのマクロ液相を分離することは、センサを過ぎて流れる液相の熱伝導率を検出することによって可能である。この種のマクロ液相を形成する系は、例えば潤滑油と侵害状況の際にこれと混合する水とから成ることができる。センサの熱的遅鈍は極めて重要ではないので、センサを堅固にすることができると共に、例えば球形ハウジングを使用することができ、この結果、十分に薄い配線及びサスペンションを用いて、センサを、管状ハウジングを利用する場合におけるような平面だけでなく空間における流れの方向とは独立にすることができる。測温体の周囲に取り付けられると共に、極めて熱伝導性が良い（例えば、アルミニウム、アルミニウム酸化物、銅または銀）対称性ハウジングの温度はどこでも同じであり、この結果、流れのどの方向も幾可学的理由から他のものとは異なることなく、このためにセンサは、流れの方向の変化には鈍感である。２つの測温体を有するセンサにおいて、例え理想的測温体を使用することができるとしても、３次元において対称性を得ることは不可能である。この発明による回路は幾つかの異なる方法で実現することができるが、ここで説明した構成は、この発明の原理を図示するためにこれまで簡単に維持されてきた。この発明の異なる実施例は前述した例に限定されるものではなく、添付した請求の範囲内で変えることができることは当業者にとって明瞭である。

Claims

【特許請求の範囲】１．熱出力Ｐ_totをセンサ（２）に供給することにより前記センサ（２）の温度Ｔ_aを変えると共に、前記センサ（２）に供給される熱出力Ｐ_totを測定することによって、前記センサ（２）及び媒体の間の熱伝導率Ｋを決定し、及び／又は前記媒体と熱交換関係にある前記センサ（２）を用いて前記センサの熱容量Ｃ及び前記媒体の温度Ｔ_sを決定する実時間適応測定方法において、前記センサ（２）の前記温度Ｔ_aが所望の時間依存性温度関数に実時間で従うように熱出力Ｐ_kが前記センサ（２）に供給され、前記媒体の温度Ｔ_s値Ｔ_eで近似され、前記所望の温度関数、前記温度Ｔ_a、及び前記媒体の前記温度見積りＴ_eに従って、前記センサ（２）の前記温度Ｔ_aを維持する前記熱出力Ｐ_kによって、前記熱伝導率Ｋに対して値Ｋ_eを計算し、必要に応じて、前記媒質の前記温度見積りＴ_eを変化させて、前記センサの前記温度Ｔ_a及び前記計算された熱伝導率Ｋ_eの間の相関が消失するようになし、かつ前記センサ（２）の前記温度Ｔ_aの変化率ｄＴ_a／ｄｔを得るのに必要な熱出力Ｐ_cによって、かつ前記変化率ｄＴ_a／ｄｔによって、前記熱容量Ｃに対して値を計算すること、を特徴とする実時間適応測定方法。２．請求項１記載の方法において、前記センサ（２）の前記温度Ｔ_aによって実時間で従う前記時間依存性温度関数を、環境に応じて適応するように所望の方法で変化させることを特徴とする前記方法。３．請求項１または２記載の方法において、前記媒体の前記温度見積りＴ_eを補正する方向を、前記センサの前記温度Ｔ_a及び前記計算された熱伝導率Ｋ_eの間の相関の符号から推断することを特徴とする前記方法。４．請求項３記載の方法において、前記媒質の前記温度見積りＴ_eの変化を外挿法を通して予測し、前記センサの前記温度Ｔ_a及び前記熱伝導率に対して計算された前記値Ｋ_eの間の相関を吟味する前に、前記温度見積りＴ_eを補正することを特徴とする前記方法。５．請求項１記載の方法において、前記熱伝導率に対して計算された前記値Ｋ_e を、前記センサの前記温度Ｔ_a及び前記熱伝導率に対して計算された前記値Ｋ_e の間の相関の既知の関数である量によって補正することを特徴とする前記方法。６．請求項１記載の方法において、例えば汚染または腐食等の、前記センサの表面に生ずる変化によって引き起こされるエラーを補償するために、前記熱伝導率に対して決定された前記値Ｋ_eを、測定のとき及びキャリブレーションのときに前記センサに対して決定された前記熱容量Ｃの間の差分の既知の関数である量によって変化させることを特徴とする前記方法。