JPS5948341B2 - 流速測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、温度変化のある流体の流速を測定する流速測
定装置に関するものである。

サーミスタは、温度変化に対する抵抗変化が他の抵抗体
に比べて著しく大きいので、流速計のセンサとして用い
られる。

すなわち、サーミスタに電流を流すと、ある電流値以下
でジュール熱によつて自己加熱をおこし、電流の増加に
比例してサーミスタ自体の温度が上昇し、サーミスタの
温度一抵抗特性に従つて抵抗値は小さくなる。そして、
加熱したサーミスタを測定流体中に入れると、その流れ
によつて冷却され、抵抗値は流速に比例して大きくなる
。この特性を利用した流速測定器として、次のような方
式のものが知られている。（１）ブリッジ回路の一辺に
サーミスタを接続して回路に一定電流を流Ｌ測定流体の
流れによつてサーミスタが冷却されて生じるブリッジ回
路の不平衡電圧を測定し、それによつて流速を求める方
式。（２）ブリッジ回路の一辺にサーミスタを接続し、
サーミスタの温度（抵抗）が常に一定を保つよう帰還回
路によりブリッジ回路を流れる電流を調節し、ブリッジ
を流れる電流あるいは電圧を一測定して流速を求める方
式。

しかしながら、これらの方式では、次に示す欠点を有す
るため、広い流速範囲にわたつて温度変化のある流体の
流速測定を行うことは極めて困難である。

すなわち、サーミスタを流速測定用センサーに用いた場
合、サーミスタに流すことのできる電流は、サーミスタ
の形状等によりある許容限度をもち、流体の最大流速に
おいてそれが許容値を越えると、サーミスタは熱暴走を
おこして瞬時に破壊してしまう。

従つて、広い流速範囲の測定においては、流体の最大流
速でのサーミスタの電流値が許容限度内におさまるよう
サーミスタの加熱温度を設定する必要があるが、逆に加
熱温度を低くしすぎると、流れに対する応答性、測定精
度とも急速に低下するため、測定する流速範囲によつて
最適な加熱温度を設定できることが必要である。ここで
、流速測定用サーミスタの消費電力Ｐ、その加熱温度Ｔ
と流体温度Ｔ。との温度差Ｔ−Ｔｏ、及び測定流体の流
速υとの間には次に示す関係が知られている。ｐ＝り−
１・・・・・・・・・（１） ところが、上記従来の流速測定器においては、出力とし
てプリツジ回路の電流あるいは電圧をとつているため、
サーミスタの加熱温度を変えると、上式に示したように
ｃ（ｔ））はｖあるいはＩとの間に比例関係をもたない
ので、出力と流速とは比例しない。

よつて加熱温度を変えての流速測定は極めて困難であり
、広い流速範囲にわたつて高精度の流速測定は不可能で
ある。本発明は、上述した従来のプリツジ回路では不可
能であつた広い流速範囲にわたる高精度の流速測定が可
能な測定装置を提供しようとするもので、特に、流速測
定用サーミスタと温度係数の小さい抵抗とが直列に接続
されている流速測定回路を用い、掛算回路によつて、上
記（３拭に示すサーミスタの消費電力Ｐに比例した電圧
を出力させると共に、割算回路を含む帰還回路によつて
流体の温度変化に対する補償を自動的に行い、而してサ
ーミスタの加熱温度を変えても常に測定流体の流速に比
例した出力を取り出し得ると共に、流体の温度変化をも
補償できるように構成して温度変化のある流体中におけ
る広い流速範囲にわたつての高精度な流速測定を可能な
らしめたことをその特徴とするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述するに、
第１図は、流速測定回路の概要を示す構成図であつて、
トランジスタＴｒのエミツタ側に、温度係数の小さい抵
抗Ｒ１と流体の流速測定用サーミスタＴｈｌとを直列に
接続することにより、上記サーミスタＴｈｌの加熱回路
を構成レ上記抵抗Ｒ１の両端に分圧回路ＤＶＩ，ＤＶ２
を接続すると共に両分圧回路に引算回鰹ＵＢを接続し、
分圧回路ＤＶ，と引算回晦Ｂの後段には、それらの出力
から流速測定用サーミスタＴｈ，の消費電力及び抵抗値
に比例する電圧をそれぞれ演算により求めて出力する掛
算回路ＭＵＬＴ及び割算回路ＤＩ貸接続し、掛算回路Ｍ
ＵＬＴにはその出力を流速に置換して出力する出力回路
ｏを、また割算回路ＤＩＶとトランジスタＴ．のベース
との間には、流体の温度変化を補償する帰還回路を接続
している。

この帰還回路は、上記割算回路ＤＩＶと、流体温度を検
出する温度測定装置とを、プリアンプＰ．ｌ，Ｐ，２を
介して広帯域増幅器０Ｐに接続してなるもので、温度測
定装置は、温度測定用サーミスタＴｈ２と、測定された
温度を電圧に変換して出力する温度一電圧変換器Ｔとか
ら成つている。

次に、上述した測定装置の作用について説明する。

流速の測定に際し、流速測定用サーミスタＴｈｌ及び温
度測定用サーミスタＴｈ２を測定流体中に入れ、トラン
ジスタＴｒのコレクタに電圧Ｖｃｃを印加すると、抵抗
Ｒ，及び流速測定用サーミスタＴｈｌに電流が流れ、サ
ーミスタＴｈ，が自己加熱を生じ、抵抗ルの両端にはＶ
，，Ｖ２なる電圧が発生する。

この電圧は分圧回路ＤＶＩ，ＤＶｒ導かれてそれぞれＶ
１’，Ｖ２’に分圧され、引算回路ＳＵＢにおいてＶ１
’ − ＶＩが求められてそれに比例する電圧が出力さ
れ、このＶＩとＶ，’ − ＶＩとから、掛算回路ＭＵ
ＬＴにおいて、流速測定用サーミスタＴｈｌの消費電力
に比例する電圧、即ちＶＩ（Ｖ，’− Ｖ２’）に比例
する電圧が求められ、これが出力回路ｏにおいて流速に
置換されて測定結果として出力される。流体の流速は、
前述した（３）式から明らかなように、サーミスタの加
熱温度Ｔと流体温度ＴＯとの温度差Ｔ−ＴＯが一定の場
合には、サーミスタの消費電力Ｐに比例する。従つて、
上記の如く、掛算回路により消費電力に比例する電圧を
取出すことによつて、流速を測定することができる。而
して、上記Ｔ−ＴＯを一定に保つための制御は次のよう
にして行なわれる。

上記割算回路ＤＩＶにおいては、分圧回路ＤＶｉＤ出力
ＶＩと引算回路ＳＵＢの出力Ｖ，’−’Ｗ とかｋ流速
測定用サーミスタＴｈｌの抵抗値に比例する電圧、即ち
Ｖゞ／（ＶＩ−ＶＩ）に比例する電圧が求められるが、
これがプリアンプＰ，ｌで増幅されて広帯域増幅器０Ｐ
に送られ、一方、温度測定装置によつて検出された流体
温度に比例する電圧は、プリアンプＰ．２で増幅度及び
オフセツトの調整が行われたのち、広帯域増幅器０Ｐに
送られ、ここで、プリアンプＰ．２からの電圧を基準電
圧として、この基準電圧とプリアンプＰｒｌからの電圧
が常に等しくなるように流速測定用サーミスタＴｈｌに
流れる電流、即ち加熱温度が制御される。

そして、流速測定用サーミスタＴｈｌの温度一抵抗特性
より流体の温度特性に対する抵抗の変化率は予め知るこ
とができるので、上記のように、サーミスタＴｈｌの加
熱温度と流体温度との温度差が一定となるように制御す
ることによつて、流体の温度変化を自動的に補償した流
速の測定が可能となる。このように本発明の流速測定装
置によれば、流速測定用サーミスタの加熱温度に相当す
る抵抗値を直接設定できるため、抵抗設定が確実に行え
、流速測定中も常時モニターが可能である。

また、ブリツジ方式に比べて、回路を流れる電流を半分
にでき、流速測定用サーミスタを交換してもプリアンプ
の増幅度のみの調整ですむため、従来の方法に比して互
換性がある点においても有利であり、抵抗値の計算と消
費電力の計算に使用した演算器は、応答性、精度ともに
高性能のものを用いることにより、温度変化の影響をほ
とんど無視することができる。さらに、流速測定用サー
ミスタとして、抵抗値や温度係数の大きく異なるものの
使用も可能で、広い流速範囲で高精度の流速測定ができ
る。

本発明の測定装置の応用として、水以外にも各種の油、
化学薬品等の流速測定が可能で、それぞれの流体の熱伝
導率さえ分ればその測定を行うことができ、また、水面
近くにセンサを固定しておくことにより、油が流れてく
ると出力の大きな変化が生じる油の検知器としての使用
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路構成図である。 Ｒ，・・・・・・抵抗、Ｔｈｌ・・・・・・流速測定用
サーミスタ、ＭＵＬＴ・・・・・・掛算回路、ＤＩＶ・
・・・・・割算回路、Ｏ・・・・・・出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 温度係数の小さい抵抗と流速測定用サーミスタとを
   直列に接続してなるサーミスタの加熱回路に、上記抵抗
   の両端の電圧から流速測定用サーミスタの消費電力及び
   抵抗値に比例する電圧をそれぞれ出力する掛算回路及び
   割算回路を接続し、上記掛算回路に、その出力電圧を流
   速に変換して出力する出力回路を接続すると共に、上記
   割算回路に、その出力電圧を温度測定装置からの流体温
   度に比例する基準電圧と比較して、それらを等しくする
   ために流速測定用サーミスタに流れる電流を制御する帰
   還回路を接続したことを特徴とする流速測定装置。