JPS63210666A - 流速センサ及びそれを用いた流速測定装置 - Google Patents

流速センサ及びそれを用いた流速測定装置

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JPS63210666A
JPS63210666A JP62044440A JP4444087A JPS63210666A JP S63210666 A JPS63210666 A JP S63210666A JP 62044440 A JP62044440 A JP 62044440A JP 4444087 A JP4444087 A JP 4444087A JP S63210666 A JPS63210666 A JP S63210666A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流速感知部の構造に特徴を有する無指向性の流
速センサ及びその流速センサを用いた流速測定装置に関
するものである。
〔従来技術〕
第6図は従来の無指向性の球状の流速センサ1の一例を
示すものである。本図に示すように従来の流速センサ1
はアルミニウムの球体2とその内部に固定されたガラス
管3及びガラス管3に保持されて球体2の中心に位置す
る極細の白金抵抗体4が設けられている。白金抵抗体4
は正の温度特性を有するものであって、耐熱性と安定度
の点から温度センサとして多く用いられている。白金抵
抗体4の両端には被覆リード線5a、5bが接続され、
球体2の表面部分で接着剤6によって固定されている。
このような白金抵抗体4を用いた流速センサ1によって
例えば定温度型の流速計を構成する場合には、白金抵抗
体4と固定抵抗によりブリッジ回路を形成する。このブ
リッジ回路の一対の端子間の電位差を帰還電流として供
給する帰還増幅器を接続することによりブリッジを平衡
に保つようにしている。そして流体が流速センサ1の周
囲を流れ球体2を介して白金抵抗体4の温度が変化する
と、その温度変化を補償するような電流がブリッジ回路
に流れてブリッジトップ電圧が変化するため、帰還増幅
器の出力に基づいて流体の流速を測定することができる
又他の流速センサとしては正の温度特性を有するサーミ
スタを用いた流速センサが提案されている(特公昭49
−3870号)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような従来の流速センサ及びその流速センサを用い
た流速測定装置では、無指向性とするために温度センサ
である白金抵抗体4は球体2によって被われている。そ
のため球体2の熱容量が無視できず、球体2の表面の温
度変化が白金抵抗体4に伝播するのに時間がかかるため
応答速度が遅いという問題があった。
又球体表面の一定方向からの流体の流速を検出する場合
には球体の表面に温度分布が生じることがあり、白金抵
抗体の抵抗値が風速に対応して変化せず流体の正確な流
速が測定できなくなる恐れがあるという問題点があった
又正特性サーミスタを用いた流速センサによれば、サー
ミスタはビード型であるため抵抗値が大きく、その温度
を上昇させるために大きな電力を要するという欠点があ
った。又白金抵抗体と同様に球体内に保持する場合には
、温度分布が一様にならないという欠点もあった。
本発明はこのような従来の流速センサ及びその流速セン
サを用いた流速測定装置の問題点に鑑みてなされたもの
であって、流速測定の応答速度が速く、流速を指向性な
く高精度で測定できるようにすることを技術的課題とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本願の第1の発明は流体の流速を測定する球状の流速セ
ンサであって、第1図に示すように、球状の電気絶縁体
と、電気絶縁体の表面に形成された第1の薄膜電極と、
第1の薄膜電極の表面に均一に形成され、正の温度特性
を有する薄膜のサーミスタと、サーミスタの表面に形成
された第2の薄膜電極と、を具備することを特徴とする
ものである。又本願の第2の発明はその流速センサを用
いた流速測定装置であって、第4図に示すように、球状
の電気絶縁体、該電気絶縁体の表面に形成された第1の
薄膜電極、該第1の薄膜電極の表面に均一に形成され、
正の温度特性を有する薄膜のサーミスタ、及び該サーミ
スタの外側に形成された第2の薄膜電極が設けられた流
速センサを一辺に有するブリッジ回路と、ブリッジ回路
の一対の端子が入力端に接続され、ブリッジ回路に帰還
電流を供給することによりブリッジを平衡に保つ帰還増
幅器と、を具備し、帰還増幅器の出力に基づいて流速セ
ンサを通過する流体の流速を検出することを特徴とする
ものである。
〔作用〕
このような特徴を有する本願の第1発明による流速セン
サは球状に構成されており、正の温度特性を有するサー
ミスタが第1.第2の薄膜電極に囲まれて薄く構成され
る。従って流体との接触面積が大きく流体と薄膜電極を
介して接触するため、表面に温度分布が生じることがな
く流速を高感度で検知することができる。
又本願の第2発明によれば、このように構成された球体
の流速センサをブリッジ回路の一辺に設けてそのブリッ
ジを平衡させるようにしている。
そのためサーミスタを定温度に保つようにした帰還増幅
器の出力によって流速を検出することができる。
〔実施例の説明〕
(第1発明の詳細な説明) 第1図は本願の第1の発明による球体の風速センサの一
実施例を示す断面図である。本図において風速センサ1
0は、風速センサ自体を保持する球状の電気絶縁体11
を有している。電気絶縁体11の全表面には第1の薄膜
電極12が均一に形成され、その一部を除く全表面に正
の温度係数を存する薄膜のP T C(Positiv
e Temperature Coefficient
)サーミスタ13が形成される。電気絶縁体11はPT
Cサーミスタ13と実質的に同一の体膨脹率を有するも
のを選択することによりその膨張によってPTCサーミ
スタ13を破壊しないようにすることが好ましく、例え
ばセラミック材料を用いるものとする。PTCサーミス
タ13の表面には更に第2の薄膜電極14を形成する。
そして第1.2の薄膜電極12.14に夫々電極リード
線15a、15bを接続して風速センサ10を構成する
。ここでPTCサーミスタ13の抵抗値R1とPTCサ
ーミスタ13の温度Twとの間には以下の関係が成り立
っている。
R1=−αexp(A(Tw−Tc))   −−−−
−−−(11= Rc exp (A(Tw−Tc))
t  :PTCサーミスター3の厚み(mm)r  :
PTCサーミスター3の半径(mm)α :定数 Tw : PTCサーミスター3の温度(”C)Tc:
PTCサーミスター3のキュリ一温度(”C) A :定数 例えば0.09235 このようにPTCサーミスター3の抵抗値R1はその温
度Twによって変化する。第2図はその一例を示すもの
であって、キュリ一温度Tc  (この場合には約82
℃)以上では指数的に抵抗値が上昇している。このよう
にPTCサーミスター3の温度Twが定まると、弐(1
)に基づいてその抵抗値R1が定まる。ここでPTCサ
ーミスター3に電流を流す場合にはその抵抗値R1とP
TCサーミスター3に流れる電流1(A)、風速u(m
/5ec)との間に、クラマーによって示された以下の
式が成立つ。
I”xR1= (B u’+ C)x (Tw−Ta)
 −−−−−−(2)Taは雰囲気温度、例えば28℃
であり、定数日。
Cは熱放散係数であり、PTCサーミスタ13の大きさ
や形状によって定まる定数、nは定数(通常2)である
従って例えば第3図に示すように定電圧源16によって
風速計10のPTCサーミスタ13に一定電圧Vを印加
し、そこに流れる電流を電流計17によって検出するこ
とによりPTCサーミスタ13の抵抗変化より風速値を
測定することができる。
即ち風速値Uが0のときのPTCサーミスタ13の抵抗
値をR1゜、その温度をTw。、とすると、そのときに
流れる電流を10として次式が成り立つ。
1o”R1o=C(Tw−Ta)  −−−−−−(3
)、:、、:、でR1・I  =V、R1o・l0=V
Oとすると、式(21,+31より 但しΔT=T袈−T−0.V=V。
I    V / RR。
■。  V/R,R さてPTCサーミスタ13の温度と常温との差Two−
Taを100℃、計数Aを0.1.  B/Cを0.2
、nをAとすると、各値は例えば次の表のように示され
る。
表 この表より知られるように風速値Uが低ければΔTは比
較的小さな値であるためほぼ定温度であり、ΔT < 
< Two −Taならば以下の式が成り立つ。
I ”−Io(1+B/C−u’″ )このようにして
電流値Iから風速値Uを求めることができる。このよう
に定電圧方式ではPTCサーミスタ13は金属の薄膜電
極I4により被われているが、外界の影響を受は易いの
で風速によって敏感に抵抗値が変化する。従って極めて
容易な回路構成で高感度で風速を測定することが可能で
ある。
(第2発明の実施例の構成) 第4図は本願の第2の発明による風速測定装置の一実施
例を示す回路図である。本図において風速測定装置は前
述した第1発明の実施例による風速センサ10のPTC
サーミスタ13と固定抵抗R2,R3,R4を組合わせ
たブリッジ回路20を有している。このブリッジ回路2
0のうち抵抗R2とサーミスタ13の中点をa、抵抗R
3,R4の中点をbとし、中点a、bを夫々演算増幅器
21の反転入力端子及び非反転入力端子に接続する。演
算増幅器21はその間の電位差を増幅するものであって
、その出力をブリッジ回路20の抵抗R2,R3の接続
点Cに与えてフィードバックループを構成している。又
演算増幅器21の出力は電圧計22にも与えられる。本
実施例では固定抵抗R2を20Ω、R3を300Ω、R
4を1515Ωとしている。
(動作) 次に本実施例による風速測定装置の動作について説明す
る。本発明の風速測定装置はPTCサーミスタの温度1
3の温度を常に一定に保つように制御する定温度型の風
速測定装置であって、その操作量に基づいて風速を測定
するようにしている。
無風状態ではPTCサーミスタ13は式(2)によって
定まる一定の温度に保たれている。即ち演算増幅器21
によってブリッジ回路20の中点a、  bの電圧が等
しくなるようにフィードバック電流が供給されるため、
定常状態では次式が成立している。
R1・R3=R2・R4・・・−−−−(5)このよう
にPTCサーミスタ13の抵抗値R1゜それに流れる電
流■1が定まると、(1)式に従ってPTCサーミスタ
13の温度Twが定まる。この温度Twは常温より充分
高い温度、例えば90℃に設定しておくものとする。
そして風速センサ10が非測定領域に配置され風が風速
センサ10に当たった場合には、風速センサlOの表面
が冷却されPTCサーミスタ13の温度Twが低下する
ため、その抵抗値R1も式(1)に従って低下する。こ
のときブリッジ回路20の中点a、b間に電位差が生じ
るので、帰還増幅器21のフィードバックループに流れ
る電流11が大きくなりブリッジ回路20は新たな平衡
に達する。このように風速Uと接続点Cのブリッジトッ
プ電圧Eとは1対1に対応するため、電圧計22の電圧
値に基づいて風速Uを求めることができる。第5図は風
速測定装置によって得られたブリッジトップ電圧E (
V)と風速u(m/5ec)の関係の一例を示すグラフ
である。
このように本実施例による風速測定装置は応答性が速く
第5図に示すように低風速における分解能が大きいので
、低風速における風速計として用いることが有効である
尚上述した各実施例は気体の流速を測定する流速センサ
及びその流速測定装置について説明したが、本願の流速
センサ及びその流速測定装置は液体の流速測定に適用す
ることができることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
このように本願の第1の発明によれば、金属薄膜を介し
て球体表面に正の温度係数を有するサーミスタが設けら
れている。従ってサーミスタは流体の影響を受は易くサ
ーミスタが高温に保たれている場合には、流速の変化に
よって短時間でサーミスタの抵抗が変化する。従って応
答速度の速い流速センサを得ることができる。
又本願の第2の発明による流速測定装置では、ブリッジ
回路と帰還増幅器を用いてブリッジ回路の−辺に接続さ
れた流速センサの温度を一定に保つようにしているため
、流速センサが流速の影響を受けて敏感に抵抗値が変化
する。従ってその帰還電流に基づいて高感度で流速の変
化を検出することができる。又サーミスタには温度分布
が生じることがなくそれに基づく測定誤差を生じる恐れ
もない。そのため高感度の無指向性の流速センサ及び流
速測定装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願の第1発明の一実施例による風速センサの
断面図、第2図はPTCサーミスタの温度特性を示すグ
ラフ、第3図は本実施例の風速センサの使用状態を示す
図、第4図はその風速センサを用いた本願の第2発明の
一実施例による風速測定装置を示す回路図、第5図は本
実施例の風速測定装置のブリッジトップ電圧と風速の関
係を示すグラフ、第6図は従来の流速センサの一例を示
す断面図である。 10・−−−一−−風速センサ  11−・−・−電気
絶縁体12・−−−−−・第1の薄膜電極  13−・
−・−PTCサーミスタ  14−・・−・−第2の薄
膜電極  16−・−・〜・定電圧源  17−・・・
・・・電流計  22・・−・−電圧計2 (L−−−
−−−−ブリッジ回路  21−・−帰還増幅器第1図 10−・−・泳しセン寸 11−・−・t4比ル休 12−・−・′!AIQ簿謀を極 13−・−−・−PTC寸−ミスタ 14−−−−−・篤2り鼻膿電棧 第2図 第3図 第5図 U(m/5ec) 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)流体の流速を測定する球状の流速センサであって
    、 球状の電気絶縁体と、 前記電気絶縁体の表面に形成された第1の薄膜電極と、 前記第1の薄膜電極の表面に均一に形成され、正の温度
    特性を有する薄膜のサーミスタと、前記サーミスタの表
    面に形成された第2の薄膜電極と、を具備することを特
    徴とする流速センサ。
  2. (2)前記電気絶縁体は、前記サーミスタと実質的に同
    一の体膨脹率を有するセラミックであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の流速センサ。
  3. (3)球状の電気絶縁体、該電気絶縁体の表面に形成さ
    れた第1の薄膜電極、該第1の薄膜電極の表面に均一に
    形成され、正の温度特性を有する薄膜のサーミスタ、及
    び該サーミスタの外側に形成された第2の薄膜電極が設
    けられた流速センサを一辺に有するブリッジ回路と、 前記ブリッジ回路の一対の端子が入力端に接続され、前
    記ブリッジ回路に帰還電流を供給することによりブリッ
    ジを平衡に保つ帰還増幅器と、を具備し、前記帰還増幅
    器の出力に基づいて前記流速センサを通過する流体の流
    速を検出することを特徴とする流速測定装置。
JP62044440A 1987-02-26 1987-02-26 流速センサ及びそれを用いた流速測定装置 Expired - Lifetime JPH0697233B2 (ja)

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JPH0697233B2 JPH0697233B2 (ja) 1994-11-30

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5044768A (en) * 1986-09-05 1991-09-03 Daikin Industries, Ltd. Thermal environment sensor with means to estimate the wind velocity
US5102230A (en) * 1986-09-05 1992-04-07 Daikin Industries, Ltd. Thermal environment sensor with means to estimate the wind velocity
KR20030018345A (ko) * 2001-08-28 2003-03-06 한국생산기술연구원 질량 유체 유량센서 및 질량 유체 흐름 검출장치
JP2019028031A (ja) * 2017-08-03 2019-02-21 株式会社Soken 風速計および風向計
WO2022004373A1 (ja) * 2020-07-01 2022-01-06 Koa株式会社 流量センサ素子

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WO2022004373A1 (ja) * 2020-07-01 2022-01-06 Koa株式会社 流量センサ素子

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