JPS6325562A - 指向性を有する熱作用型風速測定トランスジュ−サ - Google Patents

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】 〔発明が属する技術分野〕 本発明は、トランスジューサを取巻く流体の運動、ある
いは反対に流体中のトランスジューサの運動を判定する
ための改善された熱作用の風速計の検出装置に関する。

本発明は特に、トランスジューサが浸漬される液体また
は気体の如き流体の特性および流体の運動の速度および
方向を検出するための指向性を有する熱損失型風速計ト
ランスジューサに関する。本発明はまた、トランスジュ
ーサの付勢および作用ならびにトランスジューサ信号の
読出しのためのアナログおよびディジタル方式の両装置
に関する。

〔従来の技術およびその問題点〕

風速計トランスジューサとしての熱線および熱フィルム
の使用は従来技術において公知である。このような装置
においては、加熱された抵抗素子が検出用素子として機
能し、その形態が衝突する流体の流れに対するその空間
的応答を定義するため使用される。この検出用素子は、
抵抗のゼロでない温度係数を有し、一定の抵抗値従って
一定温度に維持される。

従来技術の熱損失型風速計トランスジューサ、熱形風速
計センサおよびそのための作動回路の事例は、米国特許
第３，３６３，４６２号、同第：ｌ、３５２，１５４号
、同第３，６０４，２６１号、同第３，６７７．０８５
号、同第３，９００，８１９号、同第　４，０２４．７
６１号、同第　４，２０６，６３８号、同第　４，１７
９，１４７号および同第４，５４９，４３３号に記載さ
れている。

米国特許第３，３５２，１５４号および同第３，６７７
．０８５号は、トランスジューサの円筒状または円形縁
部に置かれた細片またはワイヤを備えた放射状トランス
ジューサについて記載している。米国特許第３，３５２
，１５４号によれば、細い方向検出片が円筒部材の軸心
に対して平行に示され、細片が円筒部材の澱み領域内に
置かれている。このような取付は場所は、トランスジュ
ーサの形状の軸心の次元に沿って変化する衝突する流れ
のベクトルに曝されるトランスジューサにおいては全く
使用できない。細長い薄膜片またはワイヤは半径方向の
流れにおいては使用できるが軸方向の流れにおいては役
に立たない。米国特許第３，６７７．０８５号は、胴部
中尉胴部の厚さの比が略々３対１のアスペクト・レシオ
を有する胴部上に対をなして広い巾で隔てられた埋設ワ
イヤ、細片および膜について記載している。記載された
並行流量計の形態は、トランスジューサに当る半径方向
の流れは拘束するが指向されない自由な流れは拘束され
ない束縛ダクト即ち管において使用されるように構成さ
れている。この明納置によれば、障壁として作用する際
胴部自体の存在により支持胴部における流れから各検出
素子を隠蔽するための工夫がなされていることが知られ
る。

米国特許第３，６０４，２６１号は、半径方向流と衝突
するように構成されたトランスジューサ形！息における
広い区分を設は円筒状に支持され、熱伝達の分布の変化
が方向については支持円筒部の動的な分難点の背後の乱
流の陰に落込む検出面の部分による検出に依有する検出
膜について記載している。

運動部分を用いる従来技術の熱作用による風速計トラン
スジューサは、特徴として、「理想的な」余弦波特性と
共に流れの一方向から反対方向への壬滑で連続的な遷移
に対する望ましい緊密な一致を達成することがある程度
難しかった。電気的な「ディザ」信号および側方の人為
的な「ローブ切換え」の使用が、軸心に交わる方向の不
規則性の低減を助けた。米国特許第４．２０６．６３８
号および同第４，１７９，１４７号は、１ＴｉＩｈ交差
領域における自然に生じる「空気力学的なディザ」信号
として自ら誘起する乱流の伴流を使用することにより更
なる改善がもたらされたことを教示している。米国特許
第４，５４９，４３３号は、熱作用型風速計については
記載していないが、応力を生じない方法で個々の平坦な
板で支持した検出素子を支持する方法について教示して
いる。

〔問題を解決する手段〕

本発明は、熱作用型風速計トランスジューサの角度応答
即ち方位角応答性における著しい改善と共に、トランス
ジューサの認識された信号対ノイズ比、即ち加熱電力の
入力に対する有効信号出力における改善、ならびにその
ための改善された制御および読出し手段を提供するもの
である。

本発明による指向性のある熱作用型風速計トランスジュ
ーサは、相互に実質的に熱的に絶縁されかつ抵抗性の検
出用導体で覆われた少なくとも２つの領域を備えた電気
的に非伝導性の基体を含み、前記導体は結合流の領域内
にのみ延長している。前記基体が１対の円筒状素子を含
み、その各々が結合流の領域のみを覆う抵抗性の検出用
導体を有する実施例が開示される。別の実施例は、単一
の円筒状基体を使用する。別の重要な実施例は、２つの
対向面上の抵抗性のある検出用導体を備えた矩形状の柱
体の基体を使用する。更に別の実施例は、トランスジュ
ーサ素子の上方または上下に配置された１つ以上のバー
を使用して、これら素子を支持しかつ保護し、また流入
する流体の流れに対する小さな角度応答性を改善するた
め自ら生じる空気力学的な乱流即ちディザを生じる。抵
抗性の検出用導体を作動させかつ有効な出力信号を生じ
るためのアナログ／ディジタル回路もまた開示される。

本発明の１つの重要な特質においては、トランスジュー
サのいずれか一方の端部に取付けられた板が乱流を生じ
、この乱流が抵抗性の検出用導体上に流れて空気力学的
なディザ信号を生じるように作用して、トランスジュー
サの軸心に対して略々平行な流入する流れに対するセン
サの作用を強化する。

（実施例） 次に図面において、特に第１図においては、番号２０は
本発明の原理に従って構成された指向性を有する熱作用
型風速計トランスジューサを全体的に示している。この
トランスジューサ２０は、番号２］ａおよび２１ｂによ
り全体的に示される２つの円筒状の平行な検出素子即ち
検出部材を含み、これら部材はその長さがその直径より
もかなり大きな抵抗性を有する検出素子である。

典型的には、この検出部材２１ａ、２１ｂは外径が０．
６ｍｍ　、全長が２５ｍｍであり、このため直径に対す
る長さの比はおよそ４２：１となる。第１図および第２
図に示されるように、素子２＋ａ、２１ｂは物理的に相
互に別個であり、これら素子はその長手方向に沿って接
着剤その他の結合子段２２により結合即ち接合されてい
るが、これら素子は画素子２１ａ、２１ｂ間に開口した
流体の流路が許容されないことを前提とすれば、相互に
各端部で結合されるのみでよい。検出素子２１ａ、２１
ｂは構造的には同じものであり、またこれら素子はでき
るだけ同じものであることが望ましい。

検出素子２１ａ、２１ｂの胴部はそれぞれ、電気的な接
続ワイヤ２３ａ、２３ｂおよびその外端部に電気的な接
続ワイヤ２４ａ、２４ｂを有する。検出素子２１ａ、２
１ｂのＩＨ部は、衝突する流体の流れに直接曝されるそ
の表面の部分においてのみ抵抗性の膜で均一に覆われて
いる。この接続リード・ワイヤ２３ａ　、　２：ｌｂ　
、　２４ａ、２４ｂは、望ましくない熱電対の接合効果
を避けるため、またこれによりトランスジューサ２０の
できるだけ小さな固有の電気的ノイズ・レベルと共に最
大の長期安定性をもたらすことを助けるため同じ材料か
ら作られている。通常使用される材料はプラチナ金属で
あり、ニッケルの如き他の材料が使用できるが、本文で
はその望ましい使用法について記述することにする。検
出素子２１ａ、２１ｂとして使用することができる別の
材料については米国特許第３，３５２，１５４号におい
て記載されている。

リード線の結合部に対する検出素子の機械的強度および
一体性をできるだけ大きくするため、リード線２３ａ、
２３ｂ、２４ａ、２４ｂは全て中空の円筒状の検出素子
２１ａ、２１ｂの中心孔内に同じ挿入深さに嵌められて
、厚膜回路業界で使用されるホウケイ酸塩ガラスの如き
高温度のガラス状物質により所定位置に融着される。こ
のような物質の一例は、　９００℃の空気中で発火する
Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ社のＡ　−３０２５厚膜上釉である
。常に同じ動的熱損失特性を確保するため、検出素子全
体の熱■分布が各検出素子２１ａ、２１ｂ毎にその端部
から端部までできるだけ同じとなるように、検出素子内
へのリード線の挿入の慎重な管理が要求される。抵抗膜
は、リード線２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂが所定位
置に融着もしくは結合された後に、検出素子２１ａ、２
１ｂに対して塗布される。塗布された抵抗膜は、検出素
子の胴部２１ａ、２１ｂおよびリード線２３ａ、２４ａ
、２３ｂ、２４ｂと重合し、これにより信頼性の高い電
気的接続部を提供する。トランスジューサ２０は、その
リード線２３ａ、２３ｂおよび２４ａ、２４ｂによって
物理的に支持することができる。典型的には、リード線
２３および２４の直径は０．２５ｍｍであり、またこれ
らは取付は上の要求に適するように折曲げられ成形する
こともできる。

指向性を有する熱作用型風速計トランスジューサ２０は
、検出素子２１ａ、２１ｂの２つの平行な軸心により画
成されかつこれを含む面内でトランスジューサ２０を横
切って流れる流体の流れに主として応答するように構成
される。応答は検出素子２１ａ、２１ｂに対して直角に
トランスジューサ２０を横切る流れに対して最大となり
、また応答は平行流即ち検出素子２１ａ、２１ｂの全長
に沿う流れに対しては最小となる。適当な付勢および読
出し装置の使用により、流入する流体の速度および流体
の流れの方向の符号は共に容易に決定することができる
。感度における小さなバラ付きは、検出素子２＋ａ、２
１ｂの軸心により画成される面から出るように遅動する
流入流体の流れにおいて観察することができる。

これは、トランスジューサ２０が気象学的な用途におけ
る風速および風向のデカルト座標による測定に対して多
くの方法で適用することができ、またこのような３つの
トランスジューサ２０を略々　３６０°の全象限にわた
る３次元の流れに対して応答するように指向させること
ができる理由の１つに過ぎない。例えば、船の甲板に取
付ける時、トランスジューサ２０を水平に単一もしくは
直交する対で使用する計器は、非常なピッチングおよび
ローリングの条件下でさえ有効であり正確な応答を行な
う。

「理想的な」方向検出素子は単一のコヒーレントな素子
であり、これにより素子対のマツチングおよび平衡化、
トリミング等のあらゆる問題を除去するということがで
きる。こわは、２つのＰｊＡ散状の検出装置が方向の変
化と共に速度を検出することが要求されるため、不可能
ではなくとも達成が困難である。２つのこのような装置
は同じ容積を占めることはあり得ない。

有効な妥協法は、１対の検出素子の分離が最小限度とな
る単一の共通な円筒状基体上でこれら素子対を接合する
ことである。熱的な干渉を回避しなから素子相互の距離
が小さければ小さい程、最も広い速度範囲にわたって理
想的な余弦波形に対するその全体的な方向の一致が良好
となる。対向する素子に対する１つの素子の熱損失は、
この損失が無駄な発熱エネルギとなり流れに対する流入
する流体が生じる熱伝達に寄与しないため、信号対ノイ
ズのレベルを低下する傾向を有する。

第２図は、第１図の線２−２に関し矢印の方向に見た第
１図に示した指向性を有する熱作用型風速計トランスジ
ューサ２０の構造を示す立面断面図である。検出素子２
１ａは、電気的に不良導体である中空の管状の密度の大
きな酸化アルミニウムの耐火性を有する細い円筒状の基
体２５ａからなる。この基体２５ａの表面の一部には、
抵抗性膜即ちプラチナ金属のコーティング２６ａが付着
されている。支持する基体の体部２５ａは、石英、硬質
ガラス、ムル石、ケイ酸アルミニウムその他の耐火性物
質等の電気的に不良導体である他の適当な物質から選択
することができる。本文に述べるいくつがの基体の形状
は、標準的なカタログを調べることにより広い範囲の寸
法の酸化アルミニウム、ケイ酸アルミニウムおよび類似
の耐火性物質の単一孔および多重孔管材として　Ｄｅｇ
ｕＳＳａ社から入手可能である。

ある真空蒸着による被覆法における如く低い作動および
製造温度が膜２６ａの蒸着および使用において遭遇する
場合、基体２５ａは軟質ガラスあるいは更にプラスチッ
クの管材からも作ることができる。抵抗膜コーティング
２６ａは、ガラス貿エナメル、ガラス貿上釉、融解シリ
カ、シリコーン・ワニス、「テフロン」　（商標）の如
きプラスチックまたは抵抗膜２６ａに対する摩耗および
疲労の保護を行なう他の保護コーティング材料の更に別
の層１７ａを有する。保護用コーティング１７ａとして
選択される材料は安定しておりかつトランスジューサ２
０に対する所定の環境に長い間曝されても変化しないこ
とが重要である。

プラチナ金属および酸化アルミニウムの両者と共用し得
る不活性のガラス買上柚の一例としては、発火点が６２
５℃である　Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ社の９６６２４スクイ
ージ上釉がある。保護層１７ａは、浸漬、刷毛塗りまた
は噴震塗装により検出素子の胴部２１ａの外面全体に塗
布するができ、あるいは性能即ち０命に悪形晋を及ぼす
ことなく抵抗膜２６ａにより覆われた領域のみに限定す
ることもできる。保護層１７ａの厚さは、通常は０．０
２５ｍｍより小さく、はとんどの場合は発火の後０．０
０６ｍｍの厚さの範囲内で使用される。保護層１７ａは
、抵抗を打するプラチナ膜２６ａがプラチナのリード線
２４ａ、２３ａと重なる領域を含むように拡張され、こ
れにより検出素子胴部２１ａの両端部における電気的接
続部を保訝する。基体２５ａの典型的な大きさは、円筒
径が０．６ｎ＋＋＋＋であり、内孔径が０．３ｍｍ　、
長さが略々２５または３０ｍｍである。

検出素子２１ａ全体は寸法を更に犬きくすることができ
、あるいは所期の用途が必要とするよりもかなり小さく
することもできる。抵抗膜即ち金属膜２６ａの厚さは、
典型的には数Ωの電気抵抗値を有する２乃至ＩＯμ程度
である。その範囲は、選択された特定の被覆法に従って
変化し得る。いくつがの異なる被覆法が使用でき、もし
真空スパッタリング設備が使用可能ならば、相互にその
長手方向に沿って接触するように多数の組立体を並列に
並べることにより基体２５ａおよびリード線２３ａ、２
４ａの組立体上にプラチナもしくは他の金属膜２６ａを
蒸着するため使用することができる。スパッタリング法
を用いる時は、膜２６ａはスパッタリング・ソースに最
も近い場所で最も厚くなり、ソースから離れた縁部に沿
って最も薄くなって抵抗値が最も高くなる。

膜２６ａの付着のためのコストが比較的安い方法は、印
刷業もしくは比較的新しい厚膜の微小回路業界で使用さ
れる古典的な方法を借りてプラチナ・ペーストをあたか
も印刷インクの如く使用することである。

プラチナ・ペーストの一例は、　９００℃のリード線の
付着温度よりも低い８００乃至８５０℃で発火すること
ができる　Ｅｎｇｅ　１ｈａｒｄ社の＄８０８２または
９６９２６である。プラチナ・ペーストは研いた金属ま
たはガラス・ペースト上に押出すことができ、柔かなゴ
ム・ローラを用いてプラチナ・ペーストを基体２５ａの
軸心方向に沿って転勤することにより基体に対して転写
することができる。細い円筒部２５ａの表面上の膜２６
ａの被覆角度は、ゴム・ローラの硬度および加えられる
接触圧力により制御することができる。比較的高い接触
圧力を有する柔かなローラは　１２０乃至１８０°以上
の範囲内の更に広い被覆角度を生じ得るが、比較的低い
接触圧力は９０°もしくは更に小さな被′４ｖ角度に限
定することができる。プラチナ・ペーストの塗布の後、
素子はその材料のメーカの仕様に従って着火される。圧
着された厚膜は、中心部において最も厚くなり、またそ
の縁部において最も厚くなる。類似の、保護用の上釉１
７ａは転写法により塗布することができる。膜２６ａの
発火温度はリード線２３ａ、２４ａを２．ζ体２５ａに
対して固定するため用いられた高温の上釉材料の再加熱
範囲内にあることが望ましい。検出素子の材料、構造、
用法および応用についてのこれ以上の論議は、米国特許
第４，２０６，６１８号および同第４，１７９，１４７
号に見出すことができよう。

検出素子２１ｂは２１ａと同様に構成され、同じ照合番
号が小文字「ｂ」を付して用いられる。

第２図に最もよく示されるように、検出素子２１ａ、２
１ｂ間の交差流は、検出素子自体により、あるいはこれ
また検出素子２１ａ、２１ｂを機城的な整合状態に保持
するよう作用する結合材料２２の使用により阻止される
。もしこの結合材料２２が充分に強度が犬きくかつ安定
であるならば、円筒がその長手方向に沿って接触するこ
とにより検出素子２１ａ、２１ｂ間の交差流が阻止され
て交差流の経路がなくなるため、これを検出素子対２１
ａ、　２１ｂの各端部のみに塗！５することもできる。

従って、　Ｅａｓｔｍａｎ　９１０の如きシアノアクリ
レート接着材２２の小滴即ち少量を検出素子対２１ａ、
２１ｂの各端部間に塗布することができる。接着材を各
端部のみに塗布した場合は、破ｔｎに際して単一の素子
の修理または交換は容易に行なうことができる。結合材
２２は適当な溶剤により溶かすことができ、あるいはも
し半柔軟性の材料を用いるならば、非常に薄いかみそり
の刃で切離すことができる。結合部２２に対する材料は
また、Ｄｏｗ−Ｃｏｒｎｉｎｇ社のシリコーン樹脂、シ
リコーン・フェス、シリコーン・ゴム接着剤の如き半柔
軟性接着材でもよく、あるいは更に剛性の大きなエポキ
シ樹脂でもよい。加熱された検出膜２６ａおよび２６ｂ
が、結合部２２と直接接触しないようにトランスジュー
サ２０の外側に位置することに注意すべきである。この
ような構造は、この結合材料２２の時間および周囲の露
出による可変性は検出素子２１ａ、２１ｂの性能に対す
る影晋を最小限界に抑えあるいはこれを排除するもので
ある。この構造はまた、同量の結合用接着剤２２を検出
素子２１ａ、２１ｂの各トランスジューサ２０に対して
正確に塗布する必要を減じることになる。

典型的には、前に示した規模のトランスジューサ２０に
対するプラチナ膜２６ａ、２６ｂの抵抗値は室温で２乃
至６Ωの範囲内にある。最適の膜抵抗は、トランスジュ
ーサ２０の付勢に用いられる関連する電子的制御装置の
特性により最もよく決定され、使用可能な電源、使用さ
れる増幅器の種類、選択される操作方法、作動流体等の
如き諸要因は全て計器の設計者の管理内に含まれる。

検出素子２１ａ、２１ｂの直径に対する長さの比が大き
くなると、衝突する流れが検出素子２１ａ、２１ｂの平
行な軸心により含まれる面内で３６０゜にわたって変化
するため、流れのベクトルが検出素子２１ａ、２１ｂの
円筒部軸心に対し直角をなす通常の流れから外れて運動
する時に流体の流れ即ち空気流に対する角度の感度を生
じることになる。方向の符号の向きは、検出素子２１ａ
、２１ｂの相対的な抵抗値が平衡状態のブリッジ回路に
おいて相互に比較される時にこれらの相対的抵抗値にお
ける変化の電気的な測定により決定することができ、あ
るいはこの符号の向きは、各検出素子２１ａ、２１ｂが
一定の温度で個々に作動する時、各検出素子によりその
隣りに対して発散される電力を比較することにより決定
することができる。流体の速度は、速度の増加に対する
近似的な４乗根に追従する平衡ブリッジ回路の差の出力
信号の大きさの測定により決定され、あるいは流体の速
度は、検出素子２１ａ、２１ｂの各々が一定の温度で作
動する時各検出素子により発散される電力を測定するこ
とにより決定することができる。

第３図は、流体の流れの速度が円筒３０の軸心に対して
直角である場合の直立した円筒３０を流過する低速の流
線３１を示す概略図である。層流即ち乱れのない流れが
示されている。同図は、最初に円筒３０と点３２におい
て衝突する右側から左側への流れにおける円筒３０の断
面を示している。点３２は前方の澱み点として定義され
、もし流わがほとんど乱流がなければ、澱み領域として
更に正確に説明することができる。澱み点３２における
相対速度は、流れ３１の速度の如何に拘らず常に零であ
る。円筒３０の周囲の流れの分岐が生じる澱み点３２は
、流体の流れの乱流が零でなければ、特定の点に一義的
に定義されず、またこれは不可能であるため、再び澱み
領域３２として更に適正に定義される。流れは円筒の面
３３ａ、３３ｂの周囲で維持し、速度が下がると澱み点
３２から離れて約ＩＱ８．８°で円筒３０から分離する
。

円筒３０の背後の領域は２つの乱流の渦３４ａおよび３
４ｂを含み、その大きさおよび強さは他の要因中流速に
依有する。第２図によれば、第３図の結合流３３ａ、３
３ｂの領域を越えて延長する検出素子２１ａ上の検出膜
２６ａは、流れの関数として把握される信号を減少しよ
うとする傾向を有する。トランスジューサ素子は、結合
流の領域を越える作用状態の検出領域を延長することな
くその性能を最適化するように作ることができる。二重
に折返された膜の結果として一端部に両方の膜のリード
線の結合部を有する片持ち型即ち端部が１つのトランス
ジューサを作るため、例えば支持円筒の１袖心に沿って
検出膜を分ける即ち分割することが要求されるならば、
澱み領域３２の利点が得られる。取外された膜片は、単
に澱み領域３２に配置される。

円筒の周囲における流体の流れの論議については、Ｓ、
　Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ著「流体力学における現代の展開
（Ｍｏｄｅｒｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｊｓ　ｉｎ　Ｆ
ｌｕｉｄ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ）」（１９６５年　Ｄｏｖ
ｅｒ　　　Ｐｕｂｌｉｃａし１ｏｎｓ、　　Ｉｎｃ、、
　　ＮｅｗＹｏｒｋ、　Ｎ、Ｙ、刊、第１巻、２１〜２
６頁および５９〜６５頁）に見出すことができる。

第４図乃至第８図は、第２図のトランスジューサ２０の
断面における１つの点を除いて全ての点て類似する指向
性を有する熱作用型風速計トランスジューサ２０ａの第
２の実施例の断面図を示している。材料および製造法は
同じである。１つの相違点は、基体胴部２５ａ、２５ｂ
かそれらのＩＮＩ心の長手方向に沿って接線状に接触し
ていることで、保護する上釉１７ｃが検出素子対２１ａ
、２１ｂ全体を覆うことによりこれらをその長平方向に
沿って堅固に一緒に接合している。Ｅｎｇｅｌｈａｒｄ
　＃　６６２４の如き不活性の上釉が用いられる時、そ
の結果前られる結合はトランスジューサ２０ａの使用寿
命にわたり不偏であり、長期の安定性が確保される。第
１図および第２図の結合剤２２は不要なため使用されな
い。検出素子２１ａ、２１ｂ間の接触点における隣接す
る保護コーティング１７ｃを貫通する基体２５ａ、２５
ｂの壁厚の経路を置くことにより、検出素子２１ｂは検
出素子２１ｂから有効に断熱される。

第５図は、対の抵抗膜２６ａ、２６ｂは単一の２つ孔を
設けた基体２５ｃ上に蒸着される指向性を有する熱作用
型風速計トランスジューサ２０ｂの第３の実施例の断面
図を示す。トランスジューサ２０ｂ全体は保護コーティ
ング１７ｃにより覆われている。製造の材料および方法
は第１図および第２図のトランスジューサ２０について
説明した如くであるが、基体２５ｃを介する熱の漏れを
少くするため単一の基体を用いて２枚の１Ｑ２６ａ、２
６ｂを密に置かれた対で支持する。考えられる特に魅力
的な材料は、ムル石の磁器、酸化アルミニウムと二酸化
ケイ素と二酸化マグネシウムの混合材であり、　１００
℃における酸化アルミニウムの１０分の１の熱伝導率を
有する。上記の如く、基体の内孔はリード線の取付けを
容易にするため使用することができる。１つの円筒状基
体２５ｃにおける２つの密な間隔をおいた膜２６ａ、２
６ｂの使用は、単一の物理的手段が１つ以上の検出機能
即ちトランスジューサ機能を達成するよう作用して流れ
に乱流部分がほとんど存在しないことが要求される「理
想的な」単一のコヒーレントなトランスジューサ構造に
近づく。

第６図は、第５図と類似するトランスジューサ２０ｃの
断面図を示す。トランスジューサ２０ｃは、その上に共
に保護コーティング１７ｃで覆われた２つの検出膜２６
ａ、２６ｂが蒸着される単一の中空の管状の基体２５ｄ
を使用する。中空の円筒２５ｄが支持基体として用いら
れる時、トランスジューサ２０ｃ自体における最小限度
の熱容量が達成でき、ここで再び、ムル石磁愕がその低
い熱伝導率に対して考えられる。ムル石は、これがトラ
ンスジューサの基体２５ｄの用途に決して弱い材料即ち
かろうじて使用できる材料ではないが、酸化アルミニウ
ムよりかなり低い強度を有する。リード線は、ハンダ付
けその他の手段により、保護コーティング１７ｃが小さ
な領域には省略することができる各１１ｘ　２６　ａ、
２６ｂの外端部に対して取付けることができる。

第７図は、本発明の原理に従って作られた指向性を有す
る熱作用型風速計トランスジューサ７の４番目の実施例
の斜視図である。この形態においては、検出膜２８ａ、
２８ｂは形態的には片持ち構造即ち単一の端部を有する
構造を容易にするためそれ自体に折畳まれている。片持
ち構造は、例えば３つのこのような構造が相互に直交さ
せられて流体の流れの３つの成分を測定することができ
る幾何学的配列を形成する時に特に有効である。３つの
トランスジューサ７がそれらのリード線２３ａ、　２４
ａ、　２：ｌｂ、　２３ｂにより物理的に小さな支持構
造即ち針に対して取付けらねる場合は、これらトランス
ジューサは流わの領域を乱す外部のリードを持たないピ
ラミッドの要めの縁部の形態で配置することができる。

４つの内孔を有する円筒状基体２５ｅを用いて膜２８ａ
、２８ｂを支持し、これらの膜は共に第３図の論議にお
いて触れた澱み領域３２に沿ってその全長の大部分にわ
たってその中心部で分割即ち分離されている。膜２８ｂ
は領域Ａにおいてはそのままの状態が残され、その結果
電流経路が区分された膜２８ｂの半部間に設けられる。

リード線２３ａ、２３ｂ、２４ａおよび２４ｂは第１図
および第２図のトランスジューサ２０について述べた方
法で基体２５ｅに対して取付けられている。ＩＨ２ａｂ
において３２で示される見えない膜片は、もし真空スパ
ッタリング・コーティング法が用いられるならば、シャ
ドウ・マスクとして酸化アルミニウム・ロッドまたは石
英ロッドの薄膜を基体２５ｄ上に設けることにより作る
ことができる。

あるいはまた、既に蒸着された膜は、レーザー・ビーム
または研摩法によって除去することもできる。

第８図は、第７図の線８−８に関して矢印の方向に見た
第７図に示した指向性を有する熱作用型風速計トランス
ジューサ構造７の立面断面図である。区分された検出素
子対２８ａ、２８ｂはそれぞれ他方から分離され、それ
ぞれ膜２８ｂ、２８ｂに対して見えない区分３２．３２
ａを有するように基体２５ｅ上に蒸着される。区分３２
および３２ａの重要性は、第７図の記述において指摘さ
れている。保護膜１７ｃはトランスジューサ７の全体、
および１ｌＱ２８ａ、２８ｂに対するリード線２３ａ、
２４ａ、２３ｂ、２４ｂの取付は領域にわたってそれぞ
れ付着されている。

第９図は、第５図と類似のトランスジューサ９の第５の
実施例の断面図であり、回倒においては検出素子対２６
ｇ、２６ｈが単一の矩形柱体状の基体２５ｆの対向面上
に支持されている。膜２６ｇ、２６ｈの各面は、それぞ
れ保護膜１７ｄ、１７ｅにより覆われている。矩形状の
断面のトランスジューサ９が縁部に対する交差流を上け
る時は、流れの分割が鋭い縁部において強制的に生じて
、中間の即ち零の流れの澱み領域は生じない。流れの分
割は、常に矩形の上下の縁部において生じる。流わの領
域は、円の形態ではなく固定された平行四辺形の形態に
よっておおよそ画成される。

トランスジューサ９の作り方は円筒状のトランスジュー
サにおいて用いたものとは異なる。酸化アルミニウムま
たは類似の耐火性材料の平坦板の基板を用いて、同時に
この板材の両辺にプラチナ・ペーストをシルク・スクリ
ーンを介して伸ばしこれをコンベア炉、間欠炉またはキ
ルン内で焼成することにより、多数の検出素子対を作る
。保護用の上釉コーティングは、ハンダ付けまたは類似
の手段によりリード線取付けのため剥離された端部領域
を残した焼成プラチナ股上にシルク・スクリーンを介し
て伸ばされる。

典型的には２５．４　ｍｍＸ　２５．４ｍｍＸ　Ｏ，６
３５ｎｏｎ　（１”　ｘ１″Ｘ　Ｏ，０２５”　）の酸
化アルミニウム板は、ＴＤＫ社、Ｃｏｏｒｓ　Ｐｏｒｃ
ｅｌａｉｎ社および他の多くのメーカから人手可能であ
る。焼成の後、板は所要の巾、例えば０．６３５　ｍｔ
ｎの巾に切込むことができ、略々四角な断面の柱状のト
ランスジューサ９を提供する。切込みは、組になったダ
イヤモンド鋸を用いて慣例的に行なわわる。この方法は
、同じ板から切出されたトランスジューサ間の大きな均
一性をもたらすものである。板の両側の膜をできるだけ
厳密に整合することが望ましい。

第１Ｏ図は、第５図および第９図と類似のトランスジュ
ーサ１０の断面図で、検出素子対２１ｃ、２１ｄが一体
品２２ａに結合された２つの別個の基体２５ｇ、２５ｈ
から形成された単一の複合矩形柱体状の基体の対向面上
に支持されている。膜２６ｉ、２６ｊの各々は、それぞ
れコーティング１７ｆ、１７ｇにより疲労および摩耗か
ら保護されている。結合剤２２ａは、第１図、第２図お
よび第４図について述べたように半可撓性もしくは剛性
を有するものでよい。このような形態は第９図の形態よ
りも安いコストでできるが、これは基板２５が所定寸法
に切断する前に片面のみにコーティングが施されるため
である。

製作法は第９図のトランスジューサと類似している。板
が片側のみ処理される場合には、隣接する対は素子２１
ｃ、２１ｄが物理的および電気的特性の略々完全な整合
状態になるように選択することができる。電気リード線
の結合は、第９図のトランスジューサ９においてなされ
たように素子２１ｃ、２１ｄの各端部に対して行なわれ
る。

７Ｊ’Ｓ１１図は、第１Ｏ図と類似するトランスジュー
サの第６の実施例の断面図を示し、これにおいては第１
０図の２つの平坦な板で支持した検出素子２１ｃ、２１
ｄが中心部の支持バー２９の両側に取付けられている。

この軸心の支持バー２９は、他の機械的構造に第１１図
のトランスジューサを取付けて定置するため使用するこ
とができる。シリコーン・ゴム接着剤またはエポキシ樹
脂の同様に半可撓性の接着剤２２ａを、セラミック基板
２５ｇ、２５ｈに対して全屈支持部２９を結合するため
使用することができる。リード線の結合は、それぞれ第
９図および第１Ｏ図のトランスジューサ９および１０に
おけるように検出素子２１ｃ、２１ｄの各端部に対して
行なわれる。

第１２図は第１１図のトランスジューサの更に別の実施
例の断面図を示し、これにおいては、第２図に示された
検出素子対２１ａ、２１ｂが分割されて中心支持バー２
９ａのいずれかの側に支持されている。軸心の支持バー
２９ａは、他の機械的構造に第１２図のトランスジュー
サを取付けて定置し、また検出素子対２１ａ、２１ｂを
その全長に沿フて支持することによりこれを強化するた
め使用することができる。シリコーン・ゴム接着剤また
はエポキシ樹脂の如き半可撓性の接着剤２２ｂ、２２ｃ
を、全屈の支持バー２９ａをトランスジューサの検出素
子Ｈａ、２１ｂに対して結合するため使用することかで
きる。リード線の結合は、第１図および第２図において
使用された類似の素子について述べたような素子２１ａ
、２１ｂの各端部に対して行なわわる。検出ｎＱ２６ａ
、２６ｂはそれぞれ支持する基体の円筒２５ａ、２５ｂ
の約１５（ｌ乃至１８０°にわたり覆う状態で示され、
また各検・出素子Ｈａ、２１ｂがそれぞれ保護１１ｉ１
７ａ、１７ｂにより覆われていることが知られよう。米
国特許第４，０２４，７６１号は、指向性を有する熱膜
状の風速計トランスジューサがその支持基体を完全に包
囲する２枚の円筒状に支持された検出膜を用いて作るこ
とができ、２つの円筒状検出素子は軸心の支持バーのい
ずれかの側に支持されていることを教示する。前記米国
特許第４，０２４，７６１号のトランスジューサにおい
てはかなりの検出素子の加熱電力が浪費されて中心支持
部を加熱すること、また検出膜の大きな部分がこの検出
素子を支持バーに対し結合するため用いられる材料によ
り覆われて流入する流れに対するトランスジューサの感
度を劣化させかつトランスジューサの信号対ノイズ比を
著しく低下させることを知るべきである。

第１３図は、第２図および第１２図のトランスジューサ
の更に別の実施例の断面図であり、これにおいては第１
２図に示された対の各素子２１ａ、２１ｂがそれぞれ同
じ円筒状基体２５ａ、２５ｂ上の２つの検出素子２６ｃ
、２６ｄおよび２６ｅ、２６ｆから形成されている。検
出素子２１ｃ、２１ｄは、第７図および第８図のトラン
スジューサ７について述べた方法でそれぞれ区分された
膜２６ｃ、２６ｄおよび２６ｅ、２６ｆを使用する。各
検出素子２１ｃ、２１ｄは、一端部から機械的に支持す
ることができる中心部の基体バー２９ａのいずれか一方
の側において分割されて取付けられ、片持ち構造を容易
にしかつ必要に応じて支持する。接若刑２２ｂおよび２
２ｃを用いて検出素子２１ｃ、２１ｄを支持バー２９ａ
に対して接合する。構造は第１２図のトランスジューサ
について述べた構造と類似している。

基体２５ａ、２５ｂは、単一孔もしくは多孔の耐火性の
円筒管でよい。電気的に接続するリード線は、前述の如
く基体の孔内もしくは検出１１５！　２６　ｃ、２６ｄ
、２６ｅ、２６ｆの外表面上に取付けることができる。

第１４図は第１図のトランスジューサ２０の第７の実施
例を示し、これにおいては検出素子対２１ａ、２１ｂが
２つの平行な支持バー３５ａ、３５ｂの中間に支持され
ている。支持バー３５ａは、逆Ｕ字型に下方３５ｃに折
曲げられて、接続するリード線を有するトランスジュー
サ２０および支持バー３５０と接合された下方の支持バ
ー３５ｂの取付けおよび支持を容易にする。平行な支持
バー３５ａ、３５ｂは、両方の機械的な保護に寄与する
と共に、バー３５ｃおよびそのトランスジューサ２０の
反対側端部における面対称と共に、風向トランスジュー
サとして空気流中に使用される時、トランスジューサ２
０の性能に空気力学的な影ツを及ぼす。米国特許第４，
２０６，６３８号は、検出素子に１本のバーを使用する
ことを教示し、また指向性を有する熱損失型風速計トラ
ンスジューサの角度が小さく略々平行な性能を改善する
ことにより、流入する風がプラスからマイナスへ、例え
ば北から南へ方向の符号を変化する軸心の交差即ち領域
を改善する自ら誘起する「空気力学的なディザ」信号の
概念を紹介している。米国特許第４，１７９．■７号は
、指向性を有する熱損失型風速計トランスジューサの支
持構造の２本のバー間に置かれた素子対における流れの
対称性に達するため第２のバーの使用を教示し、またこ
れに述べられた検出素子対は円筒管状の基体を完全に囲
繞する検出膜を使用する。第１４図の構造は、第１図、
第２図、第４図、第５図および第６図の本文に述べたト
ランスジューサ２０の諸特徴を、この素子を前記米国特
許第４，１７９，１４７号に記載された二重バー間に取
付けることにより得られる利点と組合せるものであり、
その全ての結果は風速トランスジューサの性能における
顕著な改善をもたらした。

第１５図は、第１４図と類似するトランスジューサの構
造の断面図であり、これにおいてはトランスジューサｌ
Ｏが第１４図における如き２つの平行な支持バー３５ａ
、３５ｂの中間に支持されている。電気的に接続するリ
ード線２４ｃ、２４ｄは、構造図においては支持バー３
５ｃの垂直部分へ通過するように見えるが、トランスジ
ューサ１０の一端部における表面に結合された状態で示
されている。第９図および第１１図のトランスジューサ
は、改善された空気力学的性能と共に付加的な機械的保
護作用を獲得するため、第１５図の二重バーと同様に組
合せることができる。

第１６図は第１図のトランスジューサ２０の第８の実施
例の斜視図であり、これにおいては流れの障壁３６ａ、
３６ｂがトランスジューサ２０の長手方向軸心に対して
直角方向にその検出素子を横切ってその各端部に取付け
られている。板３６ａ、３６ｂは、トランスジューサ２
０の各端部における対のリード線２３ａ、　２３ｂおよ
び２４ａ、２４ｂにより支持することができる。板３６
ａ、３６ｂは電気的な絶縁性を有するものでなければな
らず、あるいはもし金属から作られるならば、リード線
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、　２４ｂから絶縁されねばな
らない。トランスジューサ２０の長さに応じて、板３６
ａ、３６ｂはトランスジューサ２０の断面中の１乃至１
０倍の範囲内あり、またトランスジューサ２０の端部間
に保持される限り、形状は円形、四角形もしくは不規則
形のいずれでもよい。障壁３６ａ、３６ｂの目的は、板
３６ａ、３６ｂの背後に乱流波形を生じるためトランス
ジューサ２０における平行流の経路に障害即ち干渉を意
図的に生じることにあり、実際にトランスジューサ２０
の軸心に沿って平行もしくは略々平行な流れを生じるよ
うに一方の側から他方へ迅速に切換ねる所謂「空気力学
的ディザ」を生じる。トランスジューサ２０の一部にお
ける流れは、板：１１ｉａ、　１６ｂにより阻害され、
板３６ａ、３６ｂの背後の乱流の渦流における各パルス
が左右に変動してトランスジューサ２０の軸心方向に沿
って流れる。この効果は、流れのベクトルが平行流から
トランスジューサ２０の軸心と直角をなす流わへ遠去る
にっわてその強さが減衰する。平板の背後の乱流渦の状
態については、先に述べた文献「流体力学における現代
の展開」の３６乃至４４１頁において論議されている。

邪魔板３５ａ、３５ｂは、第７図の片持型トランスジュ
ーサ７および第９図、第１０図、第１１図、第１２図お
よび第１３図のトランスジューサの各端部に取付けられ
る時、同様に有利に使用することができる。

第７図は、第１図に示された形式の二連の検出素子２１
ａ、２１ｂのトランスジューサのためのアナログ型付勢
および読出し装置を示す簡単な回路図であり、これにお
いては個々の出力が方向の符号の向き５４および流速５
５の読出し信号に対して与えられる。方向検出用の検出
素子対２＋ａ、２１ｂは、これもまた抵抗４２．４３に
より形成される４つの指針を有するＷｈｅａｔｓｔｏｎ
ｅ型ブリッジの２つの型針リッジ結合された状態で示さ
れる。

抵抗４２．４３は、トランスジューサを取巻く流体の中
間部が静止状態即ち零の速度にある時、ブリッジを平衡
させるため使用される。第７図のブリッジのための付勢
が節点４０．４１で行なわわ、節点５０と５１間のブリ
ッジの平衡状態が検出されて差動増幅器５３により増幅
され、これにより方向のブリッジの平衡状態もしくは不
平衡状態の程度の測定値である信号５４を生じる。この
信号５４は、対をなす検出素子２１ａ、２１ｂの一方が
更に早い速度で通気される時、正または負の極性へ揺動
することにより不平衡状態を示す。抵抗４２．４３によ
り形成されるブリッジは、検出素子対２１ａ、２１ｂと
共に、電気的に単一の抵抗と見做すことができ、これは
更に第１のＷｈｃａｊｓｔｏｎｅ型ブリッジ即ち方向の
ブリンジと直列をなす電力抵抗４４、および抵抗４５．
４６により形成され、この抵抗はの値により決定される
作動点に第２のブリッジを平衡させるため使用される。

抵抗４５．４６のいずわが一方がブリッジの設計時点で
変更することができ、あるいはその両方ではなくどちら
が一方に可変抵抗を用いることもできる。このため、作
動点および計器の感度のオペレータの選択を可能にする
。増幅器４８は、閉ループ形態で節点４９におけるブリ
ッジに対しフィードバックされる高い電流出力を有１５
−る差動増幅器である。増幅器イ８の入力は、節点４１
．４７におけるブリッジの両側から得られるが、負のフ
ィードバックが確実に使用されるため位相の変化に注意
を払わなければならない。

差動増幅器５２は、節点４０．４１における方向のブリ
ッジの両側に結合され、またこの増幅器はあたかも単一
の素子の如く検出素子２１ａ、２１ｂに対する流体の速
度を判定するため使用される。

検出素子２１ａ、２１ｂは、抵抗４２．４３と共に、増
幅器５２に現われて、その構成部品における変化に感応
する単一の抵抗ソースとして機能する。検出素子２１ａ
、２１ｂは、実際に係数が零でない抵抗であり、プラチ
ナ金属が膜として使用される時、温度係数は高い正の値
である。このため抵抗４５．４６の値の設定を可能にし
、その結果単一の抵抗と考えられる方向のブリッジの全
直並列抵抗値が電力抵抗４４と共にブリッジのいずれか
の側において同じ抵抗比率を持たせることにより抵抗４
５．４６に対して平衡する時、ブリッジの平衡のため必
要なブリッジの平衡抵抗値が満たされる。活動状態にあ
る側は、方向のブリッジと共に抵抗４４からなる。基準
側は抵抗４５と４６とからなっている。

検出素子２１ａ、２１ｂが冷却状態にある即ち不作動状
態にある時、その抵抗値はその作動値よりも低く、基準
値の比率の設定を通じてその作動値を制御する際、ブリ
ッジを自己平衡させるに必要な加熱抵抗値を選択するこ
とができ、その全ては節点４９におけるバッファに対し
て増幅器４８を通る負のフィードバックの手段により制
御される。このフィードバック・ループは、検出用検出
素子２１ａ、２１ｂの抵抗がブリッジを平衡させる抵抗
値をとるまで、ブリッジの組合せ全体に流れる電流を自
動的に調整するように作動する。回路が最初に投入され
かつ各素子が周囲温度にある時増幅器４８の出力側に小
さな相殺電圧が存在しなければならず、その結果相殺電
圧の結果流れる小さなブリッジ電流は節点４１．４７間
の小さなエラー信号を生じるには充分であり、これによ
り回路がそれ自体を作動状態に投入することを許容する
。上記の作動モードは熱線または熱膜風速計の作動の定
常温度（定常抵抗）法として記述した。

典型的な回路においては、検出素子２１ａ、２１ｂの各
抵抗値はそれぞれ室温において３，３Ωである。温度に
感応する抵抗値が測定される時は注意を払わなければな
らない。電力抵抗４４は２Ωであり、この抵抗は低い温
度抵抗係数および充分な物理的寸法を有し、そのため自
己熱が変化する電流レベルによりその公称抵抗値におい
て大きな変化を生じることはない。実施例により示され
る割合で形成される第１図および第２図のトランスジュ
ーサ２０の場合は、典型的な零の速度の電流レベルは０
．１アンペアの範囲内にあり、最大の流速においては、
電流レベルは極端な場合でも略々１アンペアが測定され
得る。抵抗４５は　４９９Ωであり、粒度の高い膜また
は線を巻いた抵抗でよい。抵抗４２および４３の値は、
検出素子２１ａ、２１ｂの不必要な負荷を避けるように
２０，０００または３０，０００Ωとなっている。抵抗
４６の約２，２４５Ωの値は、方向ブリッジの総抵抗値
を９Ωまで上昇させることになり、これによりブリッジ
を平衡させる。その結果生じる検出素子２１ａ、２１ｂ
の表面温度は、１２５乃至１３５℃となる。抵抗４６は
、検出素子２１ａ、２１ｂの温度補償のため使用するこ
とができる。周囲温度の変化を追跡して検出し、また温
度の変化に対する風速計の感度を自動的に調整するため
、プラチナ抵抗温度検出器またはニッケル抵抗温度計ま
たは類似の温度に感応する抵抗を固定低温度係数抵抗４
６の代りに使用することができる。慣例的には、ブリッ
ジの抵抗４６のアームの温度係数の増加即ちトリミング
を行なって発熱状態の検出素子２１ａ、２１ｂの温度抵
抗係数に対するブリッジの基準値側の温度抵抗係数を平
衡させるため、直列トリミング抵抗が使用される。

この手法の詳細な論議については、米国特許第３，３６
３，４６２号に記載され、また熱作用型風速計技術につ
いては特に５ａｂｉｎの設計方程式が一般に有効である
。

出力５４は双極性であり、どの検出素子２１ａ、２１ｂ
が衝突する流体の流れに面しているかを示す。この流れ
に面する検出素子は、その総抵抗値が一定の状態のまま
である間抵抗値が増加する流れから離れた検出素子より
も低い抵抗値が低下させられる。出力５５は単極性であ
り、非線形であり流体の流動部分に対して失われた熱即
ちエネルギ量を示す速度の測定値を与える。

増幅ｒｌＩ４８．５２．５３は集積回路の演算増幅器で
よく、これらは正および負の１２または１５ボルトの電
源から作動させられる。１５ボルトでの作動は、出力５
４および５５において少なくともＩＯボルトの信号の揺
動を生じ得る。第７図の複数のブリッジ回路が２つ以上
のトランスジューサのアレイと共に使用される時、トラ
ンスジューサ間の望ましくない漏洩およびその結果生じ
得る適正な作動障害を避けるために、適正な接地および
電源回路の配線を行なわなければならない。

第１８図は、第１４図、第１５図および第１６図のトラ
ンスジューサと共に使用するにも特によく適合する第１
図に示した形式の二連検出素子２１ａ、２１ｂのトラン
スジューサに対するアナログ型の付勢および読出し装置
を示す簡単な回路図であり、これにおいては単一の複合
流の方向および速度信号６１が生じる。第７図における
如く、検出素子対２１ａ、２１ｂは、これもまた抵抗４
２．４３により形成される４本のアームのＷｈｅａｔｓ
　Ｌｏｎｅ型ブリツブリッジのアームとして結合された
状態で示されている。抵抗４２．４３は、トランスジュ
ーサを取巻く流動媒体が静止状態即ち零の速度である時
、ブリッジの平衡のため使用される。

第１８図のブリッジの付勢は節点４０．４１において与
えられ、また定常抵抗ブリッジとしての方向ブリッジの
作動は第７図に関して記述した如くである。節点５０．
５１間のブリッジの平衡状態は、差動増幅器５６により
検出されて増幅され、これにより方向ブリッジの不平衡
状態の程度の測定値である信号６１を生じる。信号６１
は、検出素子対２１ａ、２１ｂの一方または他方が衝突
する流体の流れにより比較的高い速度で通気される時、
正または負の極性に切換ねることによって不平衡状態を
示す。風下即ち「風の下手」の素子は、他方即ち「風の
上手」の素子により生じる閉塞のために比較的低い流速
を「示す」。その結果生じる差の出力信号６１の大きさ
は、速度の直接の測定値である。抵抗５７．５９は増幅
器５６に対する入力抵抗であり、抵抗５８．６０はフィ
ードバック抵抗である。差の利得は、それぞれ入力抵抗
５７．５９に対するフィードバック抵抗５８．６０の比
率によって設定される。典型的な増幅器の利得は、例え
ば毎秒２５ｍの実気流の場合に２０乃至２５の範囲内に
ある。

第１９図は、ディジタル・コンピュータ装置７０による
制御下で作動状態にある個々の熱光源型トランスジュー
サの検出素子２１ａのための付勢および読出し装置を示
す簡単な回路図である。ディジタル・コンピュータ即ち
マイクロ・コンピュータ７０は、ディジタル／アナログ
・コンバータ７２（数値コードから電圧もしくは電流へ
のコンバータ）およびアナログ／ディジタル・コンバー
タ７６（電圧から数値コードへのコンバータ）のルリ御
７８のため使用され、これらは再びマイクロ・コンピュ
ータ７０に流れて記録され、表示され、他の実時間もし
くは時間的に遅れた（オフ・ウィートストン（Ｗｈｅａ
ｔン）処理を操作し制御するため更に処理されるか使用
することができる符号他出カフ９を生じる抵抗によるト
ランスジューサ検出素子２１ａの付勢７３および読出し
７５のため使用される。マイクロコンピュータ７０は、
抵抗を有する検出素子２１ａの熱損失作動状悪または電
力散逸レベルを周期的あるいは非周期的に付勢しかつ読
出し、加熱された時流動する流体の流れに対する検出素
子２１ａにより置換されたエネルギ損失を測定する。マ
イクロコンピュータ７０により計算された結果は、出力
回線７９に与えられ、またコンピュータ７０により定め
られたレベルで検出素子２１ａを作動させるディジタル
／アナログ・コンバータ７２に対する結線７１上でこれ
らを修正された形態で与えることにより使用される。ト
ランスジューサの信号レベルを意味するディジタル・コ
ードは、ディジタル／アナログ・コンバータ７２に対し
て付与され（７１）　、アナログ電圧または電流レベル
へ変換され、またその作動電力レベルが検出され（７５
）てディジタル数値コード７７をコンピュータ７０に送
るアナログ／ディジタル・コンバータ７６に対して送ら
れる検出素子２１ａに対して送られる（７３）　、検出
素子２１ａは、ディジタル／アナログ・コンバータ７２
の電力供給限度内にあり、また検出素子２１ａの電力処
理能力を越えない限りどんな任意の電力レベルでも作動
するように迅速に指令することができる。非常に低い電
力レベルにおいて作動する時、検出素子２１ａは温度検
出用トランスジューサとして使用することができ、局部
的な周囲温度の測定を容易にする。比較的高い電力レベ
ルで作動する時は、抵抗性を有する検出素子２１ａの零
でない温度係数は風速計の性能を示し、このことは例え
ばこの素子が熱をその周囲の流体に対して失ってこの流
体の運動速度と共に変化することである。作動電力レベ
ルが全てコンピュータ７０の制御下にあり、かつ高速度
で変化し得るため、検出素子２１ａにおける熱伝達係数
を決定するため、いくつがの未知数における流体力学あ
るいは熱流体作用式を解くことが可能である。いくつが
の未知数における組をなす連立方程式の解は、一連の異
なる温度において検出素子２１ａを操作することにより
例えば、風の速度、気温、空気の密度等の数値を決定す
るため使用することができる。

第２０図は、第１図に示された形式の二連式検出素子の
トランスジューサ２０の付勢および読出しを示す簡単な
回路図であり、このトランスジューサはディジタル・コ
ンピュータ装置の制御下で作動状態にあり、これにより
複数の検出素子２１ａ、２１ｂならびに複数のトランス
ジューサ２０の作動および読出しを行なう。第２０図は
、マルチプレクサ７４（電子／機域式スイッチの多重チ
ャネル電子スイッチ）が付加されている点を除いて第１
９図と同じものであり、このマルチプレクサは２つ以上
の検出素子２１ａ１１．２１ｂと接続して、複数の検出
素子２１ａ、２１ｂ、ｉ数の熱作用風速計２０の組立体
および検出素子として使用することができる他の形式の
抵抗により、ディジタル・コンピュータ７０および信号
コンバータ７２．７６の共用動作を許容する。本文に述
べたトランスジューサの全ての変更例は第２０図の回路
によって作動し得る。例えば、２つの検出素子２１ａ、
２１ｂが図示の如く作動する時、第２０図の回路は、外
部の回路装置により検出素子２１ａ、２１ｂの各々を交
互にＯＮ１０　Ｆ　Ｆ　して、同時に並行的ではなく逐
次にトランスジューサ対２０の各検出素子２１ａ、２１
ｂにより流れに対して失った熱を検査することにより、
トランスジューサ２０の信号対ノイズ・レベルを更に強
化する方法を提供する。このステップは、付勢に必要な
エネルギを直ちに５０％だけ低下させる結果をもたらす
。比較的大きな流体の流量信号即ち消費ざわたエネルギ
は、流体が流れる方向に面する検出素子に起因し得る。

別の例として、第２０図の回路形態を用いる場合、′ｆ
ｊ２の抵抗性を有する検出素子を流体のサンプルされた
連続的な温度の検出のため使用しなから、単一の検出素
子２１ａまたはその相当する抵抗を流体の性状の検出の
ため用いることができる。

第２１図は、直列接続された抵抗性の検出素子対２１ａ
および２１ｂ１．　、　、２］ｘおよび２１ｙの各々が
あたかも単一の検出素子であるかのように付勢され読出
されるこれら検出素子と共にマルチプレクサ７４が交互
に使用できる方法を示している。抵抗性の検出導体２１
ａ、２１ｂの直列接続状態はマルチプレクサ７４のスイ
ッチ・チャネルｍで示されている。単一および対をなす
抵抗性検出導体の混成はこのように作動することができ
、マルチプレクサのスイッチ７４を介してディジタル・
コンピュータが生成する指令７８を共用する。例えば、
マルチプレクサ７４のスイッチ・チャネルｎと接続され
た接合点８０における信号は、方向の信号の向きのみを
示すため使用することができ、抵抗性検出導体２１ａま
たは２１ｂのどれが流入する流体の流れによる比較的大
きな通気を受取るかを識別する。また、２つ以上の抵抗
性の検出導体が、特定の測定用途の必要に応じて、この
ようにマルチプレクサ７４に対して直列接続できること
を知るべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って作られた指向性を有する
熱作用風速計トランスジューサを示す斜視図、第２図は
第１図の線２−２に関して矢印方向に見た第１図の指向
性熱作用風速計トランスジューサの構造を示す立面断面
図、第３図は円筒の軸心と直角に低速で円筒を流過する
流体の：ａ線を示す概略図、第４図は基体対を支持する
検出用素子が堅固に一体に接合された第２の実施例を示
す第２図と類似のトランスジューサの断面図、第５図は
検出素子対が単一の円筒状基体上に支持される第３の実
施例を示す第２図と類似のトランスジューサの断面図、
第６図は検出素子が単一の中空の円筒状基体上に支持さ
れる第５図と類似のトランスジューサの断面図、第７図
は本発明の原理に従って作られた指向性を有する熱作用
風速計トランスジューサの第４の実施例を示す斜視図、
第８図は第７図の線８−８に関して矢印の方向に見た第
７図の指向性熱作用風速計トランスジューサを示す立面
断面図、第９図は検出素子対が単一の矩形柱体状の基体
の対向面上に支持される第５図と類似のトランスジュー
サの第５の実施例を示す断面図、第１Ｏ図は同じ平坦な
板の基体が支持する検出素子の背面に対して接着された
平板の基体上に検出素子が支持されるＭ９図と類似のト
ランスジューサの断面図、第１１図は２枚の平行な板が
支持する検出素子が中心部の支持バーのいずれかの側で
支持された第１０図と類似のトランスジューサの′！Ｆ
Ｊ６の実施例を示す断面図、第１２図は第２図に示され
た素子対が別個でありかつ中心部支持バーのいずれかの
側で支持された第１１図のトランスジューサの更に別の
実施例を示す断面図、第１３図は第１２図に示した対の
各素子が同じ円筒状基体上の２つの検出素子から形成さ
れた第２図および第１２図のトランスジューサの更に別
の実施例を示す断面図、第１４図は検出素子対が２本の
平行な支持バーの中間に支持される第１図のトランスジ
ューサの第７の実施例を示す図、第１５図は第１０図の
検出素子対が２本の平行な支持バーの中間に支持された
状態で示される第１４図と類似のトランスジューサを示
す断面図、第１６図は流れの障害板がトランスジューサ
の各端部において検出素子対を横切って支持された第１
図のトランスジューサの第８の実施例を示す斜視図、第
７図は方向を示す符号および流速の読出し信号に対して
個々の出力が与えられる第１図に示した形式の二連の検
出素子のトランスジューサのためのアナログ型の付勢お
よび読出し装置を示す概略回路図、第１８図は１つの複
合流の方向および速度の出力信号が生じる第１４図、第
１５図および第１６図に示した形式の二連検出素子のト
ランスジューサのためのアナログ型の付勢および読出し
装置を示す概略回路図、第１９図はディジタル・コンピ
ュータ装置により作動および制御状態にある個々の熱損
失トランスジューサの検出素子の付勢および読出し状態
を示す概略回路図、第２０図は複数の検出素子の作動お
よび読出しを行なうディジタル・コンピュータ装置によ
り作動および制御状態にある第１図に示した形式の二連
検出素子のトランスジューサの付勢および読出し状態を
示す概略回路図、および第２１図は第１図に示される形
式の直列に結合された複数の検出素子の使用状態を示す
第２０図の一部の説明図である。 ２０−・・指向性を有する熱作用型風速計トランスジュ
ーサ、２１ａ、２１ｂ−・・検出素子、２２−・・結合
手段、２３ａ、２３ｂ、２４ａ　、　２４ｂ−接続ワイ
ヤ、２５ａ、２５ｂ−・・耐火性の円筒状基体、２６ａ
、２６ｂ−・・抵抗膜、１７ａ、１７ｂ・・・保護用コ
ーティング、２８ａ　、　２８ｂ−・・区分１漠、３０
−・・円筒、３２　・＊み点、３３ａ、　３３ｂ−結合
流、３４ａ、３４ｂ−・・乱流渦。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、零でない温度抵抗係数の抵抗性を有する検出導体で
   覆われた相互に実質的に熱的および電気的に絶縁された
   少なくとも２つの領域を有する非導電性の基体を設け、
   前記導体は 前記トランスジューサの基体における結合流の領域内で
   のみ延在することを特徴とする 指向性を有する熱作用型風速測定トランスジューサ。 ２、前記基体が１対の円筒状の素子を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の指向性を有する熱作用
   型風速測定トランスジューサ。 ３、前記基体が、２つの対向面上に抵抗性の検出導体を
   有する矩形柱体状であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の指向性を有する熱作用型風速測定トラン
   スジューサ。 ４、前記基体が単一の円形柱体状であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の 指向性を有する熱作用型風速測定トランスジューサ。 ５、保護用コーティングが抵抗性の検出導体上に塗布さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の指向
   性を有する熱作用型風速測定トランスジューサ。 ６、前記抵抗性の検出導体の検出素子に密接してこれに
   平行に定置された少なくとも１つの円筒状バーを更に設
   けて空気力学的な乱流を生じ、小さな角度性能を改善す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の指向性
   を有する熱作用型風速測定トランスジューサ。 ７、前記トランスジューサの各端部においてかつ前記ト
   ランスジューサの軸心を横切って取付けられた１対の障
   壁を更に設け、該障壁が空気力学的な乱流を生じて前記
   トランスジューサ軸心に対して略々平行な流入する流れ
   に対する小さな角度性能を改善するためのものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の指向性を有
   する熱作用型風速測定トランスジューサ。 ８、前記２つの円筒状素子が接着剤により接合されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の指向性を有
   する熱作用型風速測定トランスジューサ。 ９、前記２つの円筒状素子が、抵抗性の検出導体の基体
   上に塗布された保護コーティングにより接合されること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の指向性を有す
   る熱作用型風速測定トランスジューサ。 １０、前記の少なくとも２つの領域の各々における前記
   抵抗性の検出導体が前記基体の澱み領域内でその軸心長
   さの大部分にわたって分離されて、前記トランスジュー
   サの素子の片持ち支持を許容することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の指向性を有する熱作用型風速測
   定トランスジューサ。 １１、前記基体の矩形柱体が、各々が１つの面上の抵抗
   性の検出導体を含む２つの接合した矩形柱体からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の指向性を有
   する熱作用型風速測定トランスジューサ。 １２、機械的な支持のため前記円筒状素子間に１本のバ
   ーを更に含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項ま
   たは第１１項に記載の指向性を有する熱作用型風速測定
   トランスジューサ。 １３、（ａ）抵抗性の検出導体により覆われる複数の非
   導電性の基体と、 　（ｂ）前記トランスジューサの各端部においてかつ前
   記トランスジューサの軸心を横切って取付けられた１対
   の障壁を含み、該障壁は前記トランスジューサの軸心に
   対して略々平行に流入する流れに対する性能を改善する
   ため空気力学的な乱流を生じるようになっていることを
   特徴とする指向性を有する熱作用型風速測定トランスジ
   ューサ。 １４、（ａ）前記２つの抵抗性を有する検出導体が、一
   緒に直列形態に結合され、１対の直列に接続された平衡
   抵抗が前記の直列に接続された２つの抵抗性の検出導体
   を横切って並列に接続されて、第１の４アームのウィー
   トストン（Ｗｈｅａｔ−ｓｔｏｎｅ）型ブリッジを形成
   し、 （ｂ）前記第１の４アームのウィートストン型ブリッジ
   は第２のウィートストン型ブリッジを形成するため１つ
   の抵抗に直列に接続されかつ前記第１の４アームのウィ
   ートストン型ブリッジおよび前記直列に接続された抵抗
   に並列に接続された１対の直列の平衡抵抗に接続され、 （ｃ）前記第２のウィートストン型ブリッジは、第１の
   差動誤差増幅器とその出力が負のフィードバック状態に
   おいて前記第２のウィートストン型ブリッジの上のタッ
   プにフィードバックされるブースタ増幅器に対して作用
   的に接続され、前記第２のウィートストン型ブリッジの
   上のタップは前記第１の４つのアームのウィートストン
   型ブリッジに接続された前記直列抵抗との前記対の直列
   の平衡抵抗の接合点として規定され、前記第２のウィー
   トストン型ブリッジの下のタップは前記第１の４つのア
   ームのウィートストン型ブリッジの下端部と前記直列の
   平衡抵抗の反対側端部との接合点および接地点として規
   定され、これによりブリッジの付勢およびその結果とし
   てフィードバック制御された定常温度の風速計としての
   前記方向熱作用型風速測定トランスジューサの作用を生
   じ、前記誤差信号は前記第１の４アームのウィートスト
   ン型ブリッジの上のタップと前記直列抵抗の接合点およ
   び前記第２のウィートストン型ブリッジを形成する前記
   の直列平衡抵抗の接合点とから得られ、 （ｄ）前記第１の４アームのウィートストン型ブリッジ
   の直列に接続された抵抗性の検出導体対と前記第１の４
   アームのウィートストン型ブリッジの直列に接続された
   平衡抵抗対との間に作用的に接続されたコンパレータ装
   置がその中間点を比較することにより、前記の直列に接
   続された抵抗性の検出導体を越える流入流体の検出信号
   の向きを示す出力信号を生じるコンパレータ装置と、 （ｅ）前記第１の４アームのウィートストン型ブリッジ
   の上のタップと下のタップを通って作用的に接続された
   第２の差動増幅器を設け、前記第２の差動増幅器は、前
   記第１の４アームのウィートストン型ブリッジ全体を通
   って 生じた電圧信号を増幅することにより更なる処理に適す
   るレベルで電気的な出力信号を生じることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の指向性を有する熱作用型風
   速測定トランスジューサ。 １５、（ａ）前記２つの抵抗性の検出導体が直列形態に
   一緒に接続され、１対の直列に接続された平衡抵抗が前
   記直列に接続された２つの抵抗性の検出導体に並列に接
   続されて、第１の４アームのウィートストン型ブリッジ
   を形成し、 （ｂ）該第１の４アームのウィートストン型ブリッジは
   第２のウィートストン型ブリッジを形成するため１つの
   抵抗と直列に接続されかつ前記第１の４アームのウィー
   トストン型ブリッジおよび前記直列に接続された抵抗に
   並列に接続された１対の直列平衡抵抗と接続されて、 （ｃ）該第２のウィートストン型ブリッジは第１の差動
   誤差増幅器および電流ブースタ増幅器と作用的に接続さ
   れ、該ブースタ増幅器の出力は負のフィードバック形態
   で前記第２のウィートストン型ブリッジの上のタップに
   フィードバックされ、該第２のウィートストン型ブリッ
   ジの上のタップは前記第１の４アームのウィートストン
   型ブリッジと接続された前記直列抵抗との前記対の直列
   平衡抵抗の接合点として定義され、前記第２のウィート
   ストン型ブリッジの下のタップは前記第１の４アームの
   ウィートストン型ブリッジの下端部と前記直列平衡抵抗
   の反対側端部との接合点および接地点と定義され、これ
   によりブリッジの付勢およびその結果としてフイードバ
   ック制御された定常温度型風速計として前記指向性の熱
   作用型風速測定トランスジューサの作用を生じ、前記誤
   差信号が前記第１の４アームのウィートストン型ブリッ
   ジの上のタップと前記直列抵抗との接合点から、また前
   記第２のウィートストン型ブリッジを形成する前記直列
   平衡抵抗の接合点から得られ、 （ｄ）前記第１の４アームのウィートストン型ブリッジ
   の反対側に作用的に接続された第２の平衡差動増幅装置
   を設け、該第２の増幅器の２つの入力信号は中間点即ち
   前記２つの抵抗性の検出導体の接合点および中間点即ち
   前記対の直列に接続された平衡抵抗の接合点から得られ
   、前記第２の平衡差動増幅器は前記２つの抵抗性検出導
   体を横切って流過する流体の流れの速度および方向の符
   号の向きの測定値である増幅された複合出力信号を生じ
   る ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の指向性を
   有する熱作用型風速測定トランスジューサ。 １６、前記直列平衡抵抗の１つが第２のウィートストン
   型ブリッジを形成し、その第２のウィートストン型ブリ
   ッジは第１のウィートストン型ブリッジの反対側にあり
   かつ前記第１の４アームのウィートストン型ブリッジと
   接続されていて、零でない温度抵抗係数を有し、検出さ
   れた周囲温度における変化に従って前記第２のウィート
   ストン型ブリッジの平衡状態を修正する周囲温度センサ
   として機能することを特徴とする特許請求の範囲第１４
   項または第１５項に記載の指向性を有する熱作用型風速
   測定トランスジューサ。 １７、（ａ）前記抵抗性検出導体がその付勢電力を受取
   るディジタル／アナログ・コンバータと作用的に接続さ
   れた抵抗性の検出導体を設け、 （ｂ）該抵抗性の検出導体はまたアナログ／ディジタル
   ・コンバータ装置と作用的に接続され、これにより前記
   の抵抗性の検出導体の作動レベルの測定および検出の手
   段を提供し、 （ｃ）前記ディジタル／アナログ・コンバータ装置と前
   記アナログ／ディジタル・コンバータ装置の双方が、前
   記抵抗性の検出導体の作動レベルの設定および読出しの
   制御のためのディジタル・コンピュータ装置に対して作
   用的に接続され、以て該ディジタル・コンピュータ装置
   を用いて前記抵抗性検出導体を取巻く作用流体に対する
   前記抵抗性検出導体の作動エネルギを計算し、前記ディ
   ジタル・コンピュータ装置が、これにより、前記の抵抗
   性の検出導体の熱作用型風速計の作動から生じる１つ以
   上の計算された熱伝達係数である読出し出力信号を生じ
   ることを特徴とする熱作用型風速測定トランスジューサ
   。 １８、マルチプレクサ・スイッチング装置が、前記抵抗
   性検出導体と前記信号コンバータとの間で前記ディジタ
   ル／アナログ・コンバータおよび前記アナログ／ディジ
   タル・コンバータの前に置かれ、これにより複数の抵抗
   性の検出導体の付勢、作動および読出しのための手段を
   提供することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の
   指向性を有する熱作用型風速測定トランスジューサ。 １９、複数の抵抗性の検出導体が、前記マルチプレクサ
   ・スイッチング装置から接地に電気的に直列に接続され
   、前記抵抗性の検出導体の接合点が前記マルチプレクサ
   ・スイッチング装置の入力チャネルと作用的に接続され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の
   指向性を有する熱作用型風速測定トランスジューサ。