JPS63266360A - 流速検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流速検出装置に関し、気体、液体等の流体の流
速を検出しようとするものである。

（発明の概要〕 本発明は、測温素子及び加熱素子を有する流速検出装置
において、定温度差加熱制御回路を用いて加熱素子の温
度を制御することによって、周囲温度及び又は流速が急
激に変化したとき、速やかに誤差のない流速検出をなし
得る。

〔従来の技術〕

従来この種の流速検出装置、例えば風速計においては、
トランジスタ等でなる加熱素子を発熱させ、その熱の一
部を大気中に放出することにより、発熱量及び放出量が
平衡する温度に加熱素子の温度が安定することを利用し
て風速を検出する方法が用いられている（特公昭５９−
４８３４０号公報）。

この風速計は、加熱素子から放出される熱エネルギーが
、いわゆるキングの実験式と呼ばれる関数で表される関
係にあることを利用して風速を検出し得るようになされ
ている。

すなわち第２図に示すように風速計１は、周囲の温度例
えば気温ｔＡを測定するための測温トランジスタＱ７及
び風速計測用の加熱トランジスタＱ、を含むプローブ２
及び検出回路部３を有する。

加熱トランジスタＱ８のコレクタには、検出回路部３の
電源子Ｅに接続された第１の定電流源４より定電流ＩＮ
が供給され、かつエミッタは検出回路部３において接地
されている。加熱トランジスタＱ、Ｉのベースには、直
流定電圧Ｅ、を第１の抵抗Ｒ１を介して反転入力端に受
け、かつフィードバック抵抗Ｒ２を有する演算増幅器６
の出力端に得られる電流１．が与えられ、かくして加熱
トランジスタＱＮはベース電流１ｍに応じた内部損失に
よって熱を発生する。

この状態において、加熱トランジスタＱＨから放熱され
る熱量は風速に応じた値になることにより、コレクタ電
圧が風速に対応した値になり、これが風速信号ｅ、とし
て送出される。

以上の構成に加えて、測温トランジスタＱ？はダイオー
ド接続されており、そのコレクタに検出回路部３の電源
子Ｅに接続された第２の定電流源５より電流Ｉ７が供給
され、かつエミッタは検出回路部３において接地されて
いる。さらに測温トランジスタＱＴはプローブ２内にお
いて加熱トランジスタＱＨの発熱の影響を受けない位置
に配設され、これにより気温ｔＡに応じた電圧ｅアを分
圧抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して温度検出信号として演算増幅
器６の非反転入力端に入力するようになされている。

かくして演算増幅器６は気温ｔＡの変化すなわち温度検
出信号ｅ、の変化に応じて加熱トランジスタＱＭのベー
ス電流Ｉｍを制御することにより、気温ｔＡが変化した
ときその影響が風速信号ｅ。

に生じないように補正する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが従来の風速計は、いわゆるオープンループ制御
により、加熱トランジスタＱＨ及び測温トランジスタＱ
、の温度差を補正するようになされているため、気温ｔ
Ａ及び又は風速ＶＡの変化に対して発熱量を高い精度で
しかも高速度で追従させ得ない問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、周囲温度
及び又は流速の急激な変化に確実に追従して温度補正動
作することにより正確な流速を簡易な構成によって検出
し得るようにした流速検出装置を提案しようとするもの
である。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 かかる問題点を解決するため本発明においては、周囲温
度ｔＡを検出する測温素子Ｑｔ及び通電内部損失によっ
て発熱するように電流■８が供給される加熱素子Ｑ、を
有し、測温素子Ｑｔ及び加熱素子ＱＭの温度差ΔＴが一
定になるように加熱素子Ｑ、を制御する流速検出装置１
０において、加熱素子ＱＭより得られる第１の温度信号
ｅｌと、測温素子ＱＴより得られる□第２の温度信号ｅ
７とを比較して、第１の温度信号ｅｌＩ及び第２の温度
信号６Ｔが所定の温度差ΔＴを存するように加熱素子Ｑ
、を制御する定温度差加熱制御回路１３．１４を設ける
ようにする。

〔作用〕

定温度差加熱制御回路１３．１４を用いて、加熱素子Ｑ
Ｈより得られる第１の温度信号ｅ、と、測温素子Ｑ？よ
り得られる第２の温度信号ｅＴを比較し、当該比較結果
に基づいて第１の温度信号ｅ１及び第２の温度信号ｅ、
が所定の温度差ΔＴを有するように加熱素子ＱＨを制御
することによって加熱素子ＱＨを測温素子ＱＴに対して
常に一定の温度差となし得る。

〔実施例〕

以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

第２図との対応部分に同一符号を付して示す第１図にお
いて、風速計１０のプローブ２内の測温トランジスタＱ
Ｔより得られる測温信号ｅｔは、検出回路部１１に供給
され、電圧フォロワ接続されてバッファを構成する第１
の演算増幅器１２の非反転入力端に入力され、その出力
電圧ｅアは、入力抵抗ＲＩＯを介して、フィードバック
抵抗Ｒ１１を有する第２の演算増幅器１３の反転入力端
に入力される。

第２の演算増幅器１３の非反転入力端には、プローブ２
内の加熱トランジスタＱＨに供給されるベース電圧ｅｌ
が与えられており、その出力電圧ｅｃは第１の入力抵抗
Ｒ１２を介して、第２の入力抵抗Ｒ１４を介して入力さ
れる直流定電圧Ｅ１と共に、フィードバック抵抗Ｒ１３
を有する第３の演算増幅器１４の反転入力端に加算入力
として与えられる。

かくして演算増幅器１４の出力端には、入力された信号
ｅ、及び直流定電圧Ｅ、の和に対応して加熱トランジス
タＱイのベースに供給すべきベース電流■３が送出され
る。

以上の構成において、測温トランジスタＱｔのベース電
圧、すなわち測温信号ｅ、及び気温ｔＡの間には、第２
の電流源５より定電流■７が流れている状態で次式、 ｅ　ｔ”’　Ａｙ−Ｂｙ・ｉ　ａ　　　　　　”・・”
　（１）で表される関係がある。ここでＡア、ＢＴは、
測温トランジスタＱｔの温度及び電圧に関する特性定数
で、電流Ｉｔが一定値なのでＡｔ、Ｂｔ共に一定値を有
する。

また、第１の演算増幅器１２の入力インピーダンスは十
分大きな値に選定されているので、第２の電流源５で発
生した電流Ｉ、は全て測温トランジスタＱ７に引き込ま
れる。従って温度検出信号ｅ７は、（１）式より、 ｅｌ−ｅｚ−Ａｔ　　Ｂｔ・ｔＡ　　　　”・・”　（
２）になる。

また、第２の演算増幅器１３の反転入力端に温度検出信
号ｅ？が入力されると共に、非反転入力端に第３の演算
増幅器１４の出力電圧、すなわち加熱トランジスタＱ、
のベース電圧ｅ、が入力されていることにより、出力端
に得られる出力電圧ｅｃは次式、 ｅｃ”　　Ｘ’ｅｙ＋（１＋Ｘ）ｅｍ　　　”””　（
３）で表される。ここで、Ｘは第１及び第２の抵抗Ｒ１
０及びＲ１１で設定された第２の演算増幅器１３の増幅
率で、 である。

さらに第３の演算増幅器１４の出力端に得られる出力電
圧、すなわち加熱トランジスタＱ、のベース電圧ｅ１は
次式、 ６ｇ−Ｙ−ｅ（ＺＥ＋　　　　　”・・・・（５）で表
される。ここで、Ｙ、Ｚはそれぞれ第３及び第４の抵抗
Ｒ１２及びＲ１３、第５及び第４の抵抗Ｒ１４及びＲ１
３で設定される第３の演算増幅器１４の増幅率で、 である、そこで（３）式を（５）式に代入して加熱トラ
ンジスタＱＮのベース電圧ｅ、を求めると、になる。

コ（７）（８）式に（２）式で表される第１の演算増幅
器１２の出力電圧ｅ７を代入すると、次式、・・・・・
・　（９） で表されるように、加熱トランジスタＱ、のベース電圧
８＝が気温ｔ＾に比例することが分かる。

加熱トランジスタＱＮの温度を１．とし、温度１Ｈの気
温ｔＡからの温度上昇分をΔＴとすると温度１Ｈは次式
、 ｔＨｘｉ、＋ΔＴ　　　　　　　　・・・・・・（１０
）によって表すことができると共に、加熱トランジスタ
ＱＭのコレクタに第１の定電流源４から、一定電流ＩＮ
が流れていることから、加熱トランジスタＱｓのベース
電圧ｅ３は次式、 ８ｍ”Ａｍ−Ｂｓ・ｔＨ・ｅ＋＋ｍ　（１１）で表され
る。ここで、ＡＨＳＢＭは加熱トランジスタＱＮの温度
及び電圧に閤する特性定数で、電流ｔｏが一定値なので
ＡＭ、ＢＭ共に一定値を有する。

そこで、（１１）式を（１０）式に代入すると加熱トラ
ンジスタＱ、のベース電圧８Ｂは、６、ｓｓ−ＢＭ・ｔ
ａ＋（Ａｕ−Ｂｎ・ΔＴ）・・・・・・（１２） になる。

なお（９）式及び（１２）式は、同じ接続点の電圧を表
しているから、 ６　ｍ　＝　　Ｂ　Ｈｌｔ　ａ　＋　（ＡＭ−Ｂ　Ｈ・
ΔＴ）・・・−・・（１３） の関係が成り立つ、従って（１３）式の両辺の定数が互
いに等しいという条件から ・・・・・・（１５） で表される関係を満足すれば、（９）式及び（１２）式
の電圧ｅ、が気温ｔＡに無関係に成り立つことが分かる
。

この状態において、風速信号ｅｖは加熱トランジスタＱ
、のコレクタ電圧であり、（１４）式を満足することは
、加熱トランジスタＱＨのベース電圧ｅ、が有する温度
特性、すなわち（１２）式における気温ｔＡＯ項を第３
の演算増幅器１４の出力電圧によって相殺するようにな
され、この結果加熱トランジスタＱＮのコレクタ電圧す
なわち風速信号ｅ、も気温ｔＡの影響を受けないように
制御されている。かくして風速信号ｅｖが気温ｔＡの影
響を受けずに風速Ｖａのみを検出し得ることにより、風
速の温度補償をし得る。

また加熱トランジスタＱ、ｌの気温ｔＡからの温度上昇
分ΔＴは、（１５）式を変形することにより、。

・・・・・・　（１６） で表される。

（１６）式から明らかなように、その右辺を構成する各
項は、それぞれ定数の組み合わせでなり、この結果加熱
トランジスタＱＭの気温１Ａからの温度上昇分ΔＴは一
定値となる。

かくして、加熱トランジスタＱＨの気温ｔＡからの温度
上昇分ΔＴを一定にし得ることにより、定温度差加熱制
御を実現し得る。

以上の構成によれば、風速計１０の定温度差加熱制御回
路を構成する第２の演算増幅器１３において、温度検出
信号ｅ、及び加熱トランジスタＱ、の温度信号ｅ、を比
較し、その比較結果によって第３の演算増幅器１４を介
して加熱トランジスタＱＮの温度が温度検出信号ａｔに
対して常に所定の温度差ΔＴを有するように加熱トラン
ジスタＱＨの発熱量を制御するようにしたことにより、
加熱トランジスタＱ、の温度を速やかに設定温度に制御
することができ、かくして周囲の気温ｔ１及び又は風速
ｖＡが急激に変化したときに、追従性良（風速検出をな
し得る簡易な構成の風速計１０を実現できる。

なお上述の実施例においては、本発明を空気の動き、す
なわち風速を検出する風速計に適用した一実施例を示し
たが、本発明はこれに限らず、例えば桶の気体、又は水
等の液体の流速を検出する流速検出装置に広く適用し得
る。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、測温素子及び加熱素子を
有する流速検出装置において、定温度差加熱制御回路を
用いて、加熱素子より得られる第１の温度信号及び測温
素子より得られる第２の温度信号が所定の温度差を有す
るように加熱素子を制御することができ、かくして加熱
素子をクローズループ制御し得ることにより周囲温度及
び又は流速が急激に変化したときに、速やかに誤差のな
い流速検出をなし得る流速検出装置を簡易な構成で実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流速検出装置の一実施例を示す接
続図、第２図は従来の流速検出装置を示す接続図である
。 １．１０・・・・・・流速検出装置、２・・・・・・プ
ローブ、３．１１・・・・・・検出回路部、４．５・・
・・・・定電流源、６．１２．１３．１４・・・・・・
演算増幅器、Ｑ、・・・・・・加熱素子、ＱＴ・・・・
・・測温素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周囲温度を検出する測温素子及び通電内部損失によつて
   発熱するように電流が供給される加熱素子を有し、上記
   測温素子及び上記加熱素子の温度差が一定になるように
   当該加熱素子を制御する流速検出装置において、 上記加熱素子より得られる第１の温度信号と、上記測温
   素子より得られる第２の温度信号とを比較して、上記第
   １の温度信号及び上記第２の温度信号が所定の温度差を
   有するように上記加熱素子を制御する定温度差加熱制御
   回路 を具えることを特徴とする流速検出装置。