JPS63172968A - サーマル風速計 - Google Patents

サーマル風速計

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JPS63172968A
JPS63172968A JP62275584A JP27558487A JPS63172968A JP S63172968 A JPS63172968 A JP S63172968A JP 62275584 A JP62275584 A JP 62275584A JP 27558487 A JP27558487 A JP 27558487A JP S63172968 A JPS63172968 A JP S63172968A
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    • G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
    • G01P5/12—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor
    • G—PHYSICS
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
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    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は定温の風速検出素子のまわりにある流体の動き
を検出するサーマル風速計の改良に関する。特に、この
種の変換器の信号のデジタル比手段、信号の直線化手段
、デジタルとアナログの両方の表現による電気出力手段
に関する。本発明はユニポーラ（単極性の）検出素子ま
たはバイポーラ（両極性の）デュアル検出素子をもつ変
換器出力信号を、最小の演算回数と回路部品で信号処理
する手段を提供する。
背　　　景 電気加熱【７た導線とフィルムを定温風速計の変換器と
ｌ、て使用することは周知である。この種のデバイスで
は、加熱抵抗素子が検出素子と１７で働き、その物理的
な形状によって、侵入する流体の流れに対する空間的な
応答が決まる。特に空気の流れの測定に応用されてきた
。抵抗の温度係数をもつ検出素子は一定の抵抗値すなわ
ち定温に保たれ、フィードバック制御されるブリッジ回
路の一部として動作する。この種の定温風速検出回路の
従来例を第１図に示す。この例では、検出素子は１０で
示すように１個であり、ライ−トストーンブリッジの４
つのアームの１辺を成しており、抵抗１１．１２．１３
で残りのアームが形成される。プリーツジの点１５と１
６には差動増幅器１４が接続され、これによりブリッジ
の平衡（誤差）信号が取り出され、その出力１７がフィ
ードパ、りされてブリッジを駆動する。説明の便宜上、
電源の接続は図面には省略１．である（第１図以外も同
様）。出力信号１７は単極性（ユニポーラ）で、非線形
であり、６つの成分から成る。３成分は流れの平均値の
ほぼ４乗根とＤＣすなわち、流れゼロの定常加熱信号の
定数項と流れの変動に依る乱流成分である。シングルエ
ンド型、ユニポーラ型の定温風速計変換器とそのブリッ
ジ回路の例は米国特許第３．２２０，２５５号、３，３
５２，１５４号、３，３６３，４６２号。
５．９００．８１９号、３，９９１，６２４号、４，３
７３，３８７号。
４．５０３，７０６号、４，５２３，４６２号に示され
ている。
米国特許第３，２２０，２５５号と３，３６３，４６２
号では。
シングルエンド型定温風速計のブリッジ回路出力信号の
非線形性について詳述しており、線形の出力信号乞得る
ためのアナログ信号処理手段を示している。
バイポーラ（両極）型の定温風速計変換器の従来例を第
２図に示す。２個の直列接続１−だ抵抗検出素子１０ａ
と１０ｂが両極性の非線形出力乞発生する。この２つの
検出素子１０ａ、１０ｂと抵抗１８゜１９とによりウィ
ートストーンブリッジが形成される。ブリッジの点２０
と２１に接続される差動増幅器２２が出力する合成ブリ
ッジ出力信号２３には、上述１７り非線形の平均流の項
（両極性）と乱流の項を含むがＤＣ（定数）項は含まな
い。差動型、バイポーラ型の定温風速計変換器とそのブ
リッジ回路の例は米国特許第４，２７９，１４７号、米
国特許出願筒８６６．６０４号（１９８６年５月２３日
出願）に示されている。単極性のブリッジ信号と独立に
検出信号の符号乞出力する定温風速計の変換器とブリッ
ジ回路の例は米国特許第３，３５２，１５４号。
３．９００，８１９号、　　３，９９１，６２４号、３
，９９５．４８１号。
４．０２４，７６１号、４，２０６，６３８号に示され
ている。
発明の概要 本発明は定温風速計において、出力信号のデジタル化、
ａ形出の点で大幅に改良したものであり、さらに、線形
比されたアナログ表現で風速計の出力を得る手段を提供
する。本発明による線形定温風速計ブリッジ回路は、風
速計ブリッジ回路が発生する非線形信号を用い、これを
並列接続された電圧コンパレータに入力する。各電圧コ
ンパレータの第２入力には風速計のフルスケールの出力
レベルをセットするのに用いられる基準電圧が印加され
る分圧抵抗回路が接続される。コンパレータ。
基準電圧の分圧回路、１個の検出素子を含む定温風速計
ブリッジ回路の組み合わせにより、ユニークな線形定温
風速計が構成される。また、２個の検出素子を含む定温
風速計ブリッジ回路の検出する流れの方向の変化に従っ
て、基準電圧源の符号を切り換えるコンパレータを追加
することにより。
風速計を両極性（バイポーラ型）として動作させること
もできる。
コンパレータの出力はデジタル″１”または′０″の２
状態のいずれかｔとる。コンパレータの出力で動作する
スイッチが出力増幅器の入力抵抗を選択して増幅器の利
得をコンパレータの出力の符号化した値に従って制御す
る。各スイッチは符号暑維持り、アナログ出力のスケー
ルファクター’Ｙ保つため１分圧抵抗回路と同じ基準電
圧に接続される。１７たがって、風が誘起した風速計信
号により。
コンパレータが順次動作１２．コンパレータの動作で基
準電圧動作の抵抗が切換選択されてデジタル手段を作用
する出力増幅器に入力されるので、最小の回路部品と信
号処理回数で風速計信号は線形比され、デジタルの出力
信号が得られるとともに、線形のアナログ風速計出力が
得られる。
一般に、非線形の変換器原信号をデジタル化する場合、
技術者のとる方法は、アナログデジタル変換器を使用す
ることであり、線形化などの処理をさらに必要とする場
合には、マイクロプロセ。
サあるいはデジタルメモリとプログラミング回路を含む
専用演算回路にたよることになる。換言すると、汎用あ
るいは小型の準汎用の計算システムにたよることで、特
定の狭い問題を解決ｌ−ようとする。このアルゴリズム
による問題解決においては、計算アルゴリズムを作成し
、汎用システムでこのアルゴリズムを使用することで特
定の問題を解決する。これに対１２１本発明は非線形の
変換器原信号を直接的に線形比処理する問題を端的に解
決！、たものであり、同時に、データの外部処理のため
のデジタルインターフェースを提供するものである。本
発明は多くの異なる変換器が直面する特定の問題を独自
の専用手段で解決１、たものである。
実施例 以下１図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第３図において、番号３０は並列のコンパレータ１，２
．ｎの信号入力を表わす。システムの分解能に合わせて
任意の数のコンパレータが使用できるが１図面では６個
だけ示１．である。単極性の入力信号３０は第１図に示
す風速計ブリッジ回路の出力から得ることができ、この
例では「正」を想定１．である。各コンパレータ１，２
．ｎの第２入力には、グランドと正の基準電圧入力３４
との間に直列接続された分圧抵抗３１，３２．３３が接
続される。基準電圧３４は風速計ブリッジ回路の入力信
号３０のフルスケール値より高いレベルトｔ、、風速計
がフルスケールに達１．りときでも検出できるようにす
る。コンパレータ１，２．ｎへの分圧回路の接続ポイン
トは、それぞれ点３５．３６．３７である。基準電圧入
力３４が正の極性の場合、コンパレータの出力は正の入
力信号３０のレベルが抵抗分圧回路３１の各ポイン）　
３５．３６．３７のレベル（各コンパレータ１１２．　
ｎ　ｆ）基準式カレヘｋ　）　Ｋ達１．ない間は論理“
０″である。信号３０が分圧された各基準レベルを超え
ると、コンパレータは論理“１”の状態に切り換ってそ
の信号を出力６８゜３９．４０に出力する。入力信号３
０が上昇するにつれ、コンパレータ１，２．ｎは順次“
０″から′１″に切り換り、入力信号が減少するにつれ
、コンパレータは順次″１″から０”の状態に戻ってい
く。
この基本的な符号化技術は絶対値符号化と呼ばれる。上
記の手段は線形から完全に非線形の特性まで任意の特性
の変換器に適用できる。コンパレータ１，２．ｎとして
は、ナショナル・セミコンダクター社のタイプＬＭ−１
３９（４ｘコンパレータ）またはＬＭ−１２４（４Ｘオ
ペアンプ）が使用できる。
第４図に代表的な単極性定温風速計の変換特性１７（３
０）’に示す。この例では、横軸が０〜２０ｍｐｓで縦
軸は０〜１００％である。３つのポイント３５．３６．
３７は第３図における３つの基準レベルに相当する。ポ
イント３５．３６．３７はそれぞれ（２ｍｐｓ　、　５
０％）、（１０ｍｐｓ、８０％）　、　（２０ｍｐｓ　
、　１００％）である。この座標の値から、抵抗分圧回
路は全抵抗値’に１００００オームとｌ、た場合、抵抗
３１が５０００オーム、抵抗３２が３０００オーム、抵
抗３３が２０００オームとなる。縦軸のＡの部分は第１
図で説明１７た流速ゼロの定常加熱信号レベルに相当す
る。
第３図に戻り、各コンパレータ３Ｂ、３９．４０はそれ
ぞれスイッチドライバ４１．４２．４３に接続される。
スイッチドライバと１．では、論理“０″がドライバに
加わるときオフ（ノーマルオープン）となるシリコニ、
クスのタイプＤＧ２０２（４ｘモノリシ、り５ＰＳＴ　
ＣＮ０Ｓアナログスイッチ）が使用できる。各スイッチ
４１，４２．４３の片側は基準電圧入力３４に接続され
る。基準電圧入力はコンパレータ１．２．−ｆｉたはｎ
の出力が“１″のとき、出力増幅器４８の入力抵抗に加
えられる。図示の増幅器４８は反転増幅器で、フィード
パ、り抵抗４７と入力抵抗４４，４５．４６が付いてい
る。ポイント４９が風速計の出力である。増幅器４８と
してはオペアンプ、例えばナショナルセミコンダクター
社のタイプＬＭ−１０７，ＬＭ−１５８，ＬＭ−１２４
などが使用できる。ドライバ／スイッチ４１．４２．４
３が開いているときは、出力４９はゼロである。各スイ
ッチが閉じるにつれ、出力値は上昇１１．最後のスイッ
チ４３が閉じたときフルスケールに達する。抵抗４７と
抵抗４６の値が等１．ければ、増幅器４８の利得は−１
で出力４９は基準入力３４に反転１７たものになる。出
力レベルは、抵抗４６と４７の抵抗比を変えることで調
整でき、基準電圧３４の極性を逆にすることにより、あ
るいは反転増幅器をもう１個追加することで出力の極性
を逆圧することができる。
第４図の例に従うと、第３図の増幅器４８から得られろ
所望の線形出力４９は各点３５．３６．３７の出力がそ
れぞれ１０％、５０％、１００％のレベルであること２
示している。これから、第３図の増幅器４８の入力抵抗
の値を決めることができる。すなわち、フィードパ、り
抵抗４７Ｙ１００００オームとすると、抵抗４６は１０
０００オーム、抵抗４５は１００００オーム、抵抗４４
は８００００オームとなる。スイッチ４１が開いている
ときは、出力はゼロである。スイッチ４１が閉じると出
力４９はフルスケールの１０％に達する。スイッチ４２
が閉じると出力４９はフルスケールの５０％になり、ス
イッチ４６が閉じると出力４９はフルスケールとなる。
第５図は第３図の実施例を両極で動作させるための付加
回路ケ示す。第５図の信号入力３０と基準出力３４はそ
れぞれ、第３図の点６０と６４に接続される。両極性の
入力信号は例えば第２図の定温風速計ブリッジ回路の差
動増幅器２２の出力２３から得ろことができ、それビ第
３図と第５図の回路のポイント３０に入力すればよい。
この入力信号３［：ｌコンパレータ５０に接続り１．ニ
ーこでグランド電位と比較して極性の符号検出信号５１
を得る。この符号信号５１でドライバ／スイッチ５２を
制御するとともに、デジタル出力を得る場合にはこの信
号５１乞符号ビ、トとする。論理”１”は正の信号７表
わり、論理“０”は負の信号を表わす。符号ビットは第
６図のコンパレータ回路による絶対値符号比と組み合わ
せることにより。
デジタル符号比の基本的な７オーマ、トである符号付き
絶対値表現を得ろことができる。ドライバ／スイッチ５
２とｌ、てシリコニ、クスのタイプＳｉ　３００２　（
モノリシ、り５ＰＤＴ　ＭＯＳスイッチ／ドライバ）が
使用でき、入力５１が論理“０”のときドライバ／スイ
ッチ５２はＳＷ１’（＋’閉じ。
ＳＷ２’に開く。論理″１″ではＳＷｌは開き、　ＳＷ
２は閉じる。正の信号入力３０の場合、基準ポイント′
５４は＋Ｖの基準電圧源につながる。信号入力３０が負
になるとスイッチが切り換り、ポイント′５４は一■の
基準電圧源につながる。基準電圧の極性と風速入力信号
の極性は同期１７ており、ｔ、ｙ、−がって第３図の回
路は両極性で動作する。
ある種のサーマル風速計では、定温風速計の回路自体は
両方向性（両極性）の風速信号は発生せず、独立の回路
で両極性の符号検出信号がつくられる。この場合、コン
パレータの基準分圧抵抗回路への信号極性は不変に保ち
、出力増幅器４８に入力する基準電圧の極性のみを符号
検出信号によって切り換えろようにする。
第６図は上述Ｌ　ｃ符号付き絶対値増幅器まとめた真理
値表である。両極性システムとともに単極性システムの
符号比についても図示］、である。
以上の説明から１種々の変形、変更は容易である。例え
ば、両極性動作の場合、絶対値増幅器の出力をコンパレ
ータの信号入力として使用して両極性入力信号ン単極性
信号に変換１２、別の符号検出コンパレータを用いるこ
とで基準電圧の極性の切換は不要に１７でもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は１個の検出素子から単極性の出力を得ろ定温風
速計ブリッジ回路の従来例を示す図、第２図は２個の検
出素子から両極性の出力２得る定温風速計ブリッジ回路
の従来Ｒ’Ｙ示す図、第６図は本発明の一実施例であり
、単極性の動作に適Ｉ、定構成図。 第４図は１個の検出素子乞もつ定温風速計ブリッジ回路
の出力と検出素子に入力される風速との非線形特性と所
望の線形出力信号ケ示すグラフ。 第５図は本発明の別の実施例であり、両極性の動作のた
めに追加される回路の構成図、第６図は第６図と第５図
に示す構成を組み合わせて用いた場合のスイッチの組み
合わせに対する真理値を示す図である。 １．２．ｎ　　：コンパレータ ３１　、３２．３３：分圧回路 ３０：変換器ブリッジ出力（信号入力）３４：基準電圧
入力 ４１．４２．４３：ドライバ／スイッチ４４．４５．４
６：入力抵抗 ４７：フィードパ、り抵抗 ４８：出力増幅器 ４９：信号出力 ５０：コンパレータ ５１：符号ビット出力 ５２：ドライバ／スイッチ ＋ｖ：正基準電源 一■＝負基準電源 “；− Ｆｉ夕、ｌ 柁禾社イけ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（ａ）フィードバック制御される定温風速計変換
    器ブリッジを有し、 （ｂ）上記変換器ブリッジの信号出力を並列構成の複数
    の２入力信号レベルコンパレータ手段に接続し、 （ｃ）上記複数のコンパレータ手段の第２入力を抵抗性
    の分圧基準レベル回路のタップに順次接続し、 （ｄ）上記分圧回路を２つの異なる電位間に接続し、 （ｅ）上記コンパレータ手段にて入力アナログ信号レベ
    ルと基準レベルとの比較による２状態出力を発生させる
    ことにより、上記変換器の物理入力のデジタル表現を生
    成するようにした、 ことを特徴とするサーマル風速計。
  2. （２）特許請求の範囲第１項記載のサーマル風速計にお
    いて、グランド電位と上記変換器ブリッジ出力信号とに
    接続されるコンパレータ手段を加えてデジタル表現の極
    性符号出力を得ることを特徴とするサーマル風速計。
  3. （３）特許請求の範囲第１項記載のサーマル風速計にお
    いて、グランド電位と上記変換器ブリッジの方向出力信
    号に接続されるコンパレータ手段を加えてデジタル表現
    の極性符号出力を得るようにしたことを特徴とするサー
    マル風速計。
  4. （４）特許請求の範囲第１項記載のサーマル風速計にお
    いて、 （ａ）上記コンパレータ出力により制御される入力信号
    減衰手段を備える出力増幅器を設け、（ｂ）上記コンパ
    レータ手段の動作状態がデジタルの最小値から最大値に
    変化するのにつれ、上記コンパレータ手段の出力により
    、順次スイッチ手段を作動して上記入力信号減衰器のタ
    ップを固定基準電位に接続し、逆の変化に対してはタッ
    プを順次固定基準電位から切り離して、上記変換器ブリ
    ッジ回路出力に追従させることにより、 （ｃ）上記増幅器の出力に変換器ブリッジ出力をアナロ
    グ表現した信号を得る ことを特徴とするサーマル風速計。
  5. （５）特許請求の範囲第４項記載のサーマル風速計にお
    いて、 （ａ）グランド電位と上記変換器ブリッジ出力信号とに
    接続されてデジタル表現の符号出力を出力するコンパレ
    ータ手段を設け、 （ｂ）上記コンパレータ手段にドライバ選択スイッチ手
    段を接続して、上記変換器ブリッジ出力信号の極性に従
    って２つの異なる極性の基準電圧の一方を選択させるこ
    とにより、上記増幅器の出力に上記変換器ブリッジ出力
    を両極性のアナログで表現した信号を得る ことを特徴とするサーマル風速計。
  6. （６）（ａ）アナログの電気信号を出力する変換器を有
    し、 （ｂ）上記変換器の信号出力を並列構成の複数の信号レ
    ベルコンパレータ手段に接続し、 （ｃ）上記複数のコンパレータ手段の第２入力に抵抗性
    の分圧基準レベル回路のタップを順次接続し、 （ｄ）上記分圧回路を２つの異なる電位間に接続し、 （ｅ）上記コンパレータ手段にて、アナログ入力信号レ
    ベルと基準レベルとの比較による２状態出力を得ること
    により上記変換器への物理入力のデジタル表現を生成す
    る ことを特徴とする変換装置。
  7. （７）特許請求の範囲第６項記載の変換装置において、
    グランド電位と上記変換器出力信号が入力されてデジタ
    ル表現の極性符号出力を出力するコンパレータ手段を加
    えたことを特徴とする変換装置。
  8. （８）特許請求の範囲第６項記載の変換装置において、 （ａ）上記コンパレータ出力により制御される入力信号
    減衰手段を備える出力増幅器を設け、（ｂ）上記コンパ
    レータの動作状態がデジタルの最小値から最大値に変化
    するにつれ、上記コンパレータの出力により順次スイッ
    チ手段が作動して上記入力信号の減衰器のタップが固定
    基準電位に接続され、逆の変化に対してはタップが順次
    固定基準電位から切り離されて上記変換器ブリッジ出力
    に追従することにより、 （ｃ）上記増幅器の出力に変換器ブリッジ出力をアナロ
    グ表現した信号を得る ことを特徴とする変換装置。
  9. （９）特許請求の範囲第８項記載の変換装置において、 （ａ）グランド電位と上記変換器ブリッジ出力とが入力
    されてデジタル表現の極性符号出力を出力するコンパレ
    ータ手段を設け、 （ｂ）上記コンパレータ手段にドライバ選択スイッチ手
    段を接続して上記変換器ブリッジ出力の極性の符号によ
    って２つの異なる極性の基準電位の一方を選択させるこ
    とにより、上記増幅器の出力に上記変換器ブリッジ出力
    を両極性のアナログで表現した信号を得る ことを特徴とする変換装置。
JP62275584A 1986-10-30 1987-10-30 サーマル風速計 Expired - Lifetime JPH0769340B2 (ja)

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US06/924,893 US4794794A (en) 1986-10-30 1986-10-30 Thermal anemometer
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