WO2013133048A1 - 流体測定装置 - Google Patents

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WO2013133048A1
WO2013133048A1 PCT/JP2013/054583 JP2013054583W WO2013133048A1 WO 2013133048 A1 WO2013133048 A1 WO 2013133048A1 JP 2013054583 W JP2013054583 W JP 2013054583W WO 2013133048 A1 WO2013133048 A1 WO 2013133048A1
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WO
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fluid
flow path
detection unit
measuring device
detection
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PCT/JP2013/054583
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English (en)
French (fr)
Inventor
直亜 上田
克行 山本
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication

Definitions

  • the present invention relates to a fluid measuring device that detects at least one of the velocity and direction of a fluid.
  • a detection unit that detects at least one of the velocity and direction of a fluid by directly contacting the fluid to be measured.
  • the detection unit includes a heater and a temperature sensor, and the temperature sensor measures a change in temperature distribution caused by movement of the fluid heated by the heater, thereby detecting at least one of the velocity and direction of the fluid. To detect.
  • Patent Document 1 discloses an anemometer in which a microflow sensor that detects the velocity of air flowing between two current plates is arranged on the inner surface of one current plate. Thereby, the air in which the turbulence of the airflow is suppressed by the current plate flows into the microflow sensor.
  • Patent Document 2 discloses that two fluid guide plates 801a and 801b that face each other at a predetermined interval are provided on one or both opposing surfaces.
  • a fluid detection device 800 is shown in which two fluid detection elements 802a and 802b are arranged to detect the flow velocity of the fluid flowing between the opposing surfaces.
  • the fluid for which the flow velocity is detected is, for example, air as exemplified in Patent Document 1, and the fluid contains dust depending on the environment.
  • dust G contained in the fluid adheres to the fluid detection element 802 a (802 b) that detects the flow velocity, and the detection element 802 a (802 b). (FIG. 15).
  • the detection element 802a (802b) is contaminated, there is a possibility that the detection unit may be deteriorated in detection performance such as output sensitivity abnormality. Such a problem is caused in both of the configurations disclosed in Patent Documents 1 and 2.
  • Patent Document 3 discloses a flow rate measuring device 700 including centrifugal separation chambers 702a and 702b for applying centrifugal force to dust flowing in from the introduction flow paths 701a and 701b as shown in FIG. Yes. According to this document, dust that has been subjected to centrifugal force in the centrifuge chambers 702a and 702b flows along the wall surfaces of the centrifuge chambers 702a and 702b, and only clean fluid that does not contain dust flows to the detection element 703. Accordingly, the detection element 703 has a structure in which dust does not easily adhere and accumulate.
  • Japanese Patent Publication “JP 2011-128105 A” (published on June 30, 2011) Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 4-295768 (published on October 20, 1992)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2007-3387 (published on January 11, 2007)”
  • a fluid measuring device that measures the velocity of a fluid
  • Patent Document 3 has a structure in which dust does not easily adhere to and accumulate on the detection unit (detection element), but cannot detect the velocity and direction of the fluid in all directions. This is because the flow measuring device of Patent Document 3 has only two introduction flow paths, and the fluid can only flow in from two directions.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to detect at least one of the fluid velocity and direction without being affected by the fluid flow direction, An object of the present invention is to provide a fluid measuring device capable of suppressing the dust from adhering to the detection unit.
  • a fluid measuring device has a detection unit that detects at least one of the velocity and direction of the fluid by contacting the fluid, and a center on a predetermined central axis.
  • An inflow / outflow portion that is provided on the circumference of the circle and flows into and out of the fluid measuring device and an annular flow path centering on the central axis, and is parallel to the annular flow path
  • a centrifuge channel communicating with the inflow / outflow portion by a connection portion provided on a circumference, and a centrifuge passage communicating with the centrifuge channel by a connection portion provided on a circumference parallel to the centrifuge channel, It is a structure provided with the detection part flow path in which the said detection part is provided in the position which passes along a central axis.
  • the fluid measuring device of the present invention includes a detection unit that detects at least one of the velocity and direction of the fluid by contacting the fluid, and a circumference of a circle having a center on a predetermined central axis.
  • An inflow / outflow portion that flows in and out of the fluid measuring device and an annular flow path centering on the central axis, and is on a circumference parallel to the annular flow path
  • a centrifuge channel that communicates with the inflow / outflow portion by a provided connection portion, and a centrifuge passage that communicates with the centrifuge channel by a connection portion provided on a circumference parallel to the centrifuge channel, and passes through the central axis. It is a structure provided with the detection part flow path in which the said detection part is provided in a position.
  • FIG. (A) is side sectional drawing which passes along the center of the fluid measuring apparatus which concerns on Embodiment 1, (a) is the figure which looked at the cross section of the said fluid measuring apparatus from the front, (b) is the cross section.
  • FIG. (A) is a perspective view of the fluid measuring device according to the first embodiment, (b) is an exploded view of the fluid measuring device, and (c) is a diagram showing a configuration of a detection unit provided in the fluid measuring device. It is. 2A is a cross-sectional view taken along the broken line AA ′ in FIG. 2A, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the broken line BB ′ in FIG. is there.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a detection unit flow path part in the fluid measurement device according to the first embodiment.
  • the fluid measuring device according to the first embodiment it is an enlarged view of the vicinity of the connection portion between the centrifugal separation channel portion and the bottom channel portion.
  • It is a graph which shows an example of the relationship between the velocity of the fluid which contacts a detection element, and the output voltage of this detection element.
  • It is a schematic diagram which shows the modification of the fluid measuring apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the other modification of the fluid measuring apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. (A) is a figure which shows the structure of the further another modification of the fluid measuring apparatus which concerns on Embodiment 1
  • (b) is arrow sectional drawing shown by broken line C-C 'in (a).
  • It is a block diagram which shows the structure of the signal processing circuit formed in the fluid measuring apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. (A) (b) is a figure which shows the structure of a detection element.
  • 6 is a schematic diagram of a fluid measurement device according to Embodiment 2.
  • FIG. (A), (b) is a schematic diagram of the fluid measuring device which concerns on Embodiment 3, respectively
  • (c) is a schematic diagram of the fluid measuring device which concerns on reference.
  • (A) is a figure which shows the structure of the conventional fluid measuring apparatus
  • (b) is a figure which shows arrangement
  • (A) (b) It is another schematic diagram of the detection element vicinity in the conventional fluid measuring apparatus. It is a figure which shows the structure of the other conventional fluid measuring apparatus.
  • Embodiment 1 (Configuration of fluid measuring device) First, the configuration of the fluid measuring apparatus 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c).
  • FIG. 2 (a) is a perspective view of the fluid measuring apparatus 100
  • FIG. 2 (b) is an exploded view of the fluid measuring apparatus 100.
  • the fluid measuring device 100 whose outer shape is a substantially cylindrical shape includes an inflow / outflow portion 1031 in the omnidirectional direction of the side surface thereof.
  • the inflow / outflow portion 1031 Through the inflow / outflow portion 1031, the fluid flows into the fluid measuring device 100 from the outside (external environment), and the fluid flows out from the fluid measuring device 100 to the outside.
  • the fluid measuring apparatus 100 includes a detection element substrate 101 mounted on the detection element substrate mounting portion 102 and a control substrate 1041.
  • a calculation unit 1042 On the control board 1041, a calculation unit 1042, a temperature / humidity sensor 1044 (temperature detection unit / humidity detection unit), and an orientation sensor 1045 (direction detection unit) are provided.
  • the temperature / humidity sensor 1044 is an element that detects the temperature and humidity of the fluid
  • the direction sensor 1045 digital compass is an element that detects the absolute direction of east, west, south, and north.
  • the temperature / humidity sensor 1044 for detecting temperature and humidity is provided.
  • the structure for providing only the temperature sensor for detecting only the temperature or the structure for providing only the humidity sensor for providing only the humidity may be used. Good.
  • the calculation unit 1042 is electrically connected to the detection unit 1043, the temperature / humidity sensor 1044, and the direction sensor 1045 to form a signal processing circuit 105 (see FIG. 10).
  • the detection unit 1043 includes two detection elements 1043a and 1043b (detection element unit).
  • Each of the detection elements 1043a and 1043b is an element having a detection axis for detecting a flow velocity in one direction of the fluid to be contacted, and is arranged on the detection element substrate 101 in a state where the detection axes are orthogonal to each other.
  • the velocity and direction of the fluid can be determined from the flow velocity components in the detection axis directions detected by the detection elements 1043a and 1043b.
  • the fluid measuring device 100 includes an inflow portion (outflow / inflow portion 1031) for introducing a flow from the entire circumferential direction, and a flow velocity detection element (detection portion 1043) having sensitivity in at least two axial directions for detecting the wind direction. ), And the outflow part (outflow / inflow part 1031) is the same as the inflow part.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are side cross-sectional views passing through the center of the fluid measuring device 100.
  • FIG. 1A is a front view of a cross section of the fluid measuring device 100
  • FIG. 1B is a perspective view of the cross section.
  • a flow path of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 is formed inside the fluid measuring device 100.
  • the flow path includes an inflow / outflow section 1031, centrifugal separation flow path sections 1032 a and 1032 b, a detection section flow path section 1033, and a bottom flow path section 1034.
  • the upper structure 103 is formed with a centrifuge channel (centrifuge channel) 1032a. Further, the centrifugal separation channel part (centrifugation channel) 1032 b is formed between the upper structure 103 and the side surface of the detection element substrate mounting part 102. Further, the detection portion flow path portion 1033 is formed between the upper structure 103 and the upper surface of the detection element substrate mounting portion 102.
  • the inflow / outflow portion 1031 is formed in all azimuth directions on the side surface of the fluid measuring device 100 having a cylindrical shape.
  • the inflow / outflow portion 1031 may have a configuration in which a plurality of openings are provided at equal intervals in the azimuth angle direction, or a slit that communicates in all azimuth directions, and a predetermined number of pillars are provided in the slit.
  • the provided structure may be sufficient.
  • the centrifugal separation channel portions 1032a and 1032b are both annular channels formed in a gap having two inner cylinders having the same central axis and different diameters as inner and outer surfaces.
  • the outer side surface and the inner side surface have a vertical axis passing through the detection unit 1043 (detection elements 1043a and 1043b) as a central axis.
  • the circular diameter of the centrifugal flow path section 1032b is smaller than the circular diameter of the centrifugal flow path section 1032a, and the centrifugal flow path section 1032b is located inside the centrifugal flow path section 1032a and the centrifugal flow path section 1032a. It is formed to be parallel.
  • the centrifugal separation channel portion 1032a communicates with the inflow / outflow portion 1031 in all directions in the upper region of the outer surface of the centrifugal separation channel portion 1032a. Further, the centrifuge flow path portion 1032b communicates with the lower area of the inner side surface of the centrifuge flow path portion 1032a in all azimuth directions in the lower area of the outer surface of the centrifuge flow path portion 1032b. Further, the detection section flow path section 1033 communicates with the upper region of the inner side surface of the centrifugal separation flow path section 1032b in all azimuth directions.
  • the fluid measuring device 100 includes an internal cylindrical path (centrifugal flow path sections 1032a and 1032b) that forms a cylindrical flow path perpendicular to the inflow direction of the fluid, and the flow that has flowed into the outer cylindrical wall surface of the internal cylindrical path. It is also possible to provide an internal flow path structure characterized in that a part thereof is introduced into the detection unit 1043 by three-dimensionally diverting using the.
  • the fluid measuring device 100 further diverts the flow divided using the outer wall surface of the inner cylindrical path using the inner wall surface of the inner cylindrical path, and introduces a part thereof into the detection unit 1043. It can also be said that an internal flow path structure characterized by this is provided.
  • the bottom channel portion 1034 communicates with the centrifugal channel portions 1032a and 1032b in all azimuth directions in the lower region of the centrifugal channel portions 1032a and 1032b.
  • fluid can flow in and out from the inflow / outflow portion 1031 in all azimuth directions.
  • a centrifuge channel portion 1032a including an annular channel communicating with the inflow / outflow portion 1031 in all azimuth directions is provided, and a part of the fluid flowing into the centrifuge channel portion 1032a from the inflow / outflow portion 1031 is provided. It returns to the centrifugal separation channel portion 1032a via the detection portion channel portion 1033 and flows out from the inflow / outflow portion 1031.
  • the inflow / outflow portion 1031 and the centrifugal separation channel portion 1032a have a structure having symmetry in all azimuth directions with respect to the central axis passing through the detection portion 1043. Therefore, the fluid can be measured under the same conditions in all azimuth angles without depending on the azimuth angle into which the fluid flows. Further, a part of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 in an arbitrary azimuth direction comes into contact with the detection unit 1043 through the centrifugal separation channel units 1032a and 1032b and the detection unit channel unit 1033. Accordingly, the detection unit 1043 can detect the velocity and direction of the fluid in all azimuth directions.
  • the detection elements 1043a and 1043b have a speed range in which the fluid speed can be accurately measured according to the specifications. That is, according to the configuration of the fluid measuring device 100, the same detection elements 1043a and 1043b are used by appropriately setting the size of the conduction region between the centrifugal separation channel portion 1032b and the detection portion channel portion 1033. It is possible to cope with various speed states of the external fluid.
  • the fluid flows through the fluid measuring device 100 as three flows w1 to w3 indicated by arrows in FIG.
  • the first flow w1 includes an inflow / outflow section 1031, a centrifugal flow path section 1032a, a centrifugal flow path section 1032b, a detection section flow path section 1033, a centrifugal flow path section 1032b, a centrifugal flow path section 1032a, and an inflow / outflow section 1031. Fluid flows in order.
  • the second flow w ⁇ b> 2 flows in the order of the inflow / outflow portion 1031, the centrifuge flow path portion 1032 a, the bottom flow path portion 1034, the centrifuge flow path portion 1032 a, and the inflow / outflow portion 1031.
  • the third flow w3 flows in the order of the inflow / outflow portion 1031, the centrifugal separation channel portion 1032 a, and the inflow / outflow portion 1031.
  • the fourth flow w4 flows in the order of the inflow / outflow portion 1031, the centrifugal separation channel portions 1032 a and 1032 b, and the inflow / outflow portion 1031.
  • a part of the fluid flowing into the centrifugal flow path portion 1032a from the inflow / outflow portion 1031 partially passes through the centrifugal flow path portion 1032b and the detection portion flow path portion 1033, and then again the centrifugal flow path portion 1032b.
  • the flow returns to the centrifugal flow path portion 1032a and flows out from the flow-in / flow-out portion 1031 (flow w1), while the rest flows out from the flow-in / flow-out portion 1031 through the centrifugal flow path portions 1032a and 1032b and the bottom flow path portion 1034 ( Streams w2, w3, w4).
  • FIG. 3 (a) is a cross-sectional view taken along the broken line A-A 'in FIG. 2 (a).
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the broken line B-B ′ in FIG.
  • the fluid that flows in from the inflow / outflow portion 1031 flows into the centrifugal separation channel portion 1032a.
  • the fluid that has flowed into the centrifugal flow path portion 1032a flows in the vertical direction in the centrifugal flow path portion 1032a (flows w1, w2) and also in the horizontal direction ( Stream w3).
  • the fluid has both a vertical flow velocity component and a horizontal flow velocity component, but for simplicity, a fluid flowing in the vertical downward direction and a fluid flowing in the horizontal direction will be considered.
  • the fluids (w1, w2) flowing vertically downward pass through the centrifugal flow path part 1032a, and the centrifugal flow path part 1032a and the centrifugal flow path part 1032b, It reaches the connection portion with the bottom channel portion 1034.
  • the fluid (w3) flowing in the horizontal direction flows along the circumferential direction in the annular shape of the centrifugal separation channel portion 1032a. Therefore, the dust G present in the fluid receives a centrifugal force directed toward the outside of the ring, that is, toward the outer surface of the centrifugal separation channel portion 1032a.
  • the dust G receiving the centrifugal force flows in the vicinity of the outer surface and is discharged to the outside from the inflow / outflow portion 1031. Therefore, dust contained in the fluid is reduced (effect A).
  • the fluid has both a vertical flow velocity component and a horizontal flow velocity component. Therefore, the fluid flows in the horizontal direction while flowing in the centrifugal flow path portion 1032a vertically downward. Therefore, due to the effect A, dust in the fluid is reduced while passing through the centrifugal separation channel portion 1032a.
  • the fluid (flow w2) that has passed through the bottom channel portion 1034 then flows out from the inflow / outflow portion 1031 as it is through the centrifugal separation channel portion 1032a.
  • the fluid (w1) flowing into the centrifugal flow path portion 1032b from the centrifugal flow path portion 1032a is changed from the downward direction to the upward direction in the flow velocity direction at the connection portion between the centrifugal flow path portions 1032a and 1032b.
  • An inertial force that is, a downward force acts on the dust in the fluid.
  • dust easily flows into the bottom channel portion 1034 and hardly flows into the centrifugal separation channel portion 1032b. Accordingly, the amount of dust contained in the fluid (flow w1) flowing through the centrifugal separation channel portion 1032b is reduced (effect B).
  • flow w1 Part of the fluid (flow w1) that has flowed into the centrifugal flow path portion 1032b becomes a flow (flow w4) that flows into the centrifugal flow path portion 1032a, and the rest then flows into the detection flow path portion 1033.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the vicinity of the detection section flow path section 1033.
  • the detection section flow path section 1033 is composed of a disc-shaped center section 1033a centering on the detection section 1043 and a peripheral section 1033b connected to the centrifugal separation flow path section 1032b.
  • the flow path area of the detection portion flow path portion 1033 is narrowed from the peripheral portion 1033 b to the central portion 1033 a. By doing so, it can be expected that the flow in the vicinity of the detection unit 1043 is stabilized.
  • the fluid that has flowed into the detection unit flow path unit 1033 comes into contact with the detection unit 1043.
  • the fluid in contact with the detection unit 1043 has less dust in the fluid due to the effects A and B described above. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of a fluid velocity detection error due to dust adhering to the detection unit 1043.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the connection portion of the centrifuge flow path portions 1032a and 1032b and the bottom flow path portion 1034 in the fluid measurement device 100.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the connection portion of the centrifuge flow path portions 1032a and 1032b and the bottom flow path portion 1034 in the fluid measurement device 100.
  • the downward flow in the centrifugal flow channel portion 1032a is changed to the upward flow in the centrifugal flow channel portion 1032b. Therefore, a downward inertia force acts on the dust in the fluid flowing from the centrifugal separation channel portion 1032a to the centrifugal separation channel portion 1032b.
  • the inertial force acts on the dust G passing through the connecting portion, so that the dust G flowing into the centrifugal separation channel portion 1032b is reduced.
  • the detection unit 1043 includes two detection elements 1043a and 1043b that detect the flow velocity as a voltage value.
  • the detection elements 1043a and 1043b generally have a flow velocity region with high measurement accuracy.
  • FIG. 6 shows a graph of an example of the relationship between the velocity (flow velocity) of the fluid contacting the detection elements 1043a and 1043b and the output voltage of the detection elements 1043a and 1043b.
  • the change in the output voltage with respect to the change in the flow rate is large, so the detection accuracy of the flow rate is high.
  • the output voltage does not change much with respect to the change in the flow rate, so the detection accuracy of the flow rate is low.
  • the velocity of the fluid that contacts the detection elements 1043a and 1043b is preferably included in the region where the detection accuracy of the flow velocity is high, that is, the optimum flow velocity sensitivity region, but the detection elements 1043a and 1043b come into contact with the flow velocity of the external environment.
  • the speed of the fluid varies.
  • the velocity of the fluid contacting the detection elements 1043a and 1043b may be included in the region where detection accuracy is low. Therefore, in the conventional fluid measuring device, the detection accuracy of the flow velocity cannot be kept high corresponding to the external environment in which the flow velocity is variously different.
  • adjusting S3 By a simple design change of adjusting S3, it is possible to easily adjust the flow velocity in the centrifugal separation channel portion 1032b and, in turn, adjust the flow velocity in the detection portion flow channel portion 1033.
  • the flow velocity in the detection unit channel portion 1033 can be reduced by a design change such as increasing the sum of S2 and S3 with respect to S1 or decreasing the ratio of the size of S2 to S3.
  • the fluid measuring device 100 changes the flow velocity contacting the detection elements 1043a and 1043b (detection unit 1043) to the optimum flow velocity sensitivity region of the detection elements 1043a and 1043b (detection unit 1043) corresponding to the flow rate of the external environment.
  • the configuration can be easily adjusted to be included.
  • the fluid measuring device 100 controls the diversion ratio by changing the dimensions of the internal cylindrical paths (centrifugal flow path sections 1032a and 1032b), and facilitates adjustment of the flow velocity reaching the detection section 1043. It can also be said that a structure is provided.
  • two detection elements 1043a and 1043b constituting the detection unit 1043 are both arranged on the detection element substrate 101 and are adjacent to each other in the direction of the flow path.
  • the detection elements 1043a and 1043b are arranged on the detection element substrates 101a and 101b across the flow path, and in a direction perpendicular to the direction of the flow path.
  • the structure which mutually faces may be sufficient.
  • the fluid (most part) in contact with the detection elements 1043a and 1043b flows in a direction perpendicular to the direction in which the detection elements 1043a and 1043b face each other. Therefore, the detection elements 1043a and 1043b detect the detection axis direction component of the fluid velocity at the same position in the fluid flowing direction.
  • the fluid detected by the detection elements 1043a and 1043b flows in the same direction at the same position in the fluid flowing direction. Therefore, the detection unit 1043 can detect the accurate direction of the fluid without causing a measurement error due to the displacement of the positions of the two detection element units.
  • the centrifugal separation channel portions 1032a and 1032b are arranged in parallel in the horizontal direction. Accordingly, the flow path is inverted and folded at the connection portion between the centrifugal separation flow path portion 1032a and 1032b. In the connection part, a turbulent flow is likely to occur due to a sudden change in the flow direction.
  • the connection portion between the centrifugal flow channel portion 1032a and the centrifugal flow channel portion 1032b has a sudden change in the flow channel direction.
  • a chamfer 1135 for buffering may be provided.
  • a part of the fluid that has flowed from the centrifugal separation channel portion 1032a changes its flow direction by flowing along the chamfer 1135, and approaches the direction of the centrifugal separation channel portion 1032b. . Therefore, the generation
  • the connection between the centrifugal flow path portions 1032a and 1032b in the detection element substrate mounting portion 102 ′ is configured as (a) in FIG. 9, the connection between the centrifugal flow path portions 1032a and 1032b in the detection element substrate mounting portion 102 ′.
  • a curved shape may be formed in the connection part between the centrifugal separation channel part 1032b and the detection part channel part 1033, respectively.
  • FIG. 9B shows a cross-sectional view taken along the broken line C-C ′ in FIG.
  • a part of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 flows out as it is through the centrifugal separation channel portion 1032a.
  • Outflow from the inlet 1031 (w1 ′) the other part passes through the centrifugal flow path parts 1032a and 1032b in this order and contacts the detection part 1043, and again passes through the centrifugal flow path parts 1032b and 1032a in this order. It flows out from the inflow / outflow part 1031 (w2 ′).
  • the rest flows out of the inflow / outflow portion 1031 through the centrifugal separation channel portions 1032a and 1032b (w3 ').
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the signal processing circuit 105.
  • the voltage signals detected by the two detection elements 1043a and 1043b constituting the detection unit 1043 are subjected to signal adjustment by the analog front end and sent to the calculation unit 1042.
  • the computing unit 1042 calculates the speed and direction of the fluid in the flow path from the voltage signal. Based on the calculation result, processing to convert the velocity and direction of the fluid in the external environment according to the design of the flow path is performed, and the fluid is output to the outside as the velocity and direction of the fluid in the external environment.
  • the calculation unit 1042 may acquire temperature / humidity information of the external environment from the temperature / humidity sensor 1044.
  • the calculation unit 1042 calculates a comfort index (PMV (Predicted Mean Vote), SET * (Standard new Effective Temperature)), heat stroke risk, etc. calculated from the information on the speed and direction of the fluid and the temperature and humidity information. It may be output as data.
  • PMV Predicted Mean Vote
  • SET * Standard new Effective Temperature
  • the calculation unit 1042 may acquire absolute azimuth information from the azimuth sensor 1045, correct the fluid direction information acquired from the detection unit 1043 in a direction based on the absolute azimuth, and output the information.
  • the detection unit 1043 includes two detection elements 1043a and 1043b.
  • the detection elements 1043a and 1043b are arranged on the detection element substrate 101 in a state where the detection axis directions are orthogonal to each other in a plane in the flow path direction.
  • Each of the detection elements 1043a and 1043b can detect a flow velocity in one direction (detection axis direction).
  • the detection element 1043 ′ shown in FIGS. 11A and 11B may be regarded as either the detection element 1043 a or 1043 b.
  • the detection element 1043 ′ includes two thermopiles 1101 a and 1101 b and a heater element 1102. These are arranged in a line along the flow path in the order of the thermopile 1101a, the heater element 1102, and the thermopile 1101b. This arrangement direction is the detection axis direction of the detection element 1043 ′.
  • FIG. 11A shows the heat distribution T1 in a state where the fluid in the flow path is stationary.
  • the heat distribution T1 is symmetric about the heater element 1102 in the detection axis direction.
  • the thermopile 1101a and 1101b detect the temperature at the position where the thermopile 1101a and 1101b are arranged as a voltage value. Therefore, for example, when the distance from the thermopile 1101a to the heater element 1102 is equal to the distance from the thermopile 1101b to the heater element 1102, the temperature detected by the thermopiles 1101a and 1101b is symmetric because the heat distribution T1 is symmetric in the detection axis direction. equal.
  • FIG. 11B shows a heat distribution T2 in a state where there is a flow in the flow path.
  • the heat distribution T2 at this time is not symmetrical with respect to the detection axis direction due to the flow in the arrow direction. Therefore, the temperatures detected by the thermopiles 1101a and 1101b are different from those when the fluid is stationary. Similarly, when the fluid is flowing, the heat distribution is different if the flow velocity is different. Therefore, if the relationship between the flow velocity and the heat distribution is examined in advance, the flow velocity can be detected based on the temperature detected by the thermopiles 1101a and 1101b.
  • the detection element 1043 'detects the difference in flow velocity as the detection temperature in the thermopiles 1101a and 1101b.
  • the detection element 1043 ′ acquires the temperature detected by the thermopiles 1101a and 1101b as a voltage difference ⁇ V between the output voltages of these thermopiles.
  • ⁇ V A ⁇ (Th ⁇ Ta) ⁇ (Vf) 1 / b .
  • Th is the temperature of the heater element 1102
  • Ta is the temperature of the external environment
  • a and b are constants.
  • the detection element 1043 'detects the flow velocity Vf in the detection axis direction.
  • the detection part 1043 detects the velocity and direction of a fluid by acquiring the flow velocity of each detection axis direction, ie, the orthogonal flow velocity component, from the detection elements 1043a and 1043b whose detection axis directions are orthogonal to each other.
  • symbol is attached
  • FIG. 12 shows a schematic diagram of a fluid measuring apparatus 200 according to this embodiment.
  • the fluid measuring apparatus 200 is configured to include one centrifugal flow path section (centrifugal flow path) 2032 and is different from the fluid measuring apparatus 100 according to the first embodiment including the two centrifugal flow path sections 1032a and 1032b. Is different. Therefore, in the fluid measurement device 200, the shape of the upper structure 203 is different from that of the upper structure 103. The fluid measuring device 200 differs from that of the fluid measuring device 100 in the flow path of the fluid formed in the device due to the difference in the above configuration.
  • the fluid that has flowed into the fluid measuring device 200 flows through the fluid measuring device 200 as two flows.
  • the fluid flows in the order of the inflow / outflow portion 1031, the centrifuge flow path portion 2032, the detection portion flow path portion 1033, the centrifuge flow path portion 2032, and the inflow / outflow portion 1031.
  • the fluid flows in the order of the inflow / outflow portion 1031, the centrifugal separation channel portion 2032, and the inflow / outflow portion 1031.
  • the centrifugal separation channel portion 2032 is an annular channel formed in a gap having two inner cylinders having the same central axis but different diameters and having an inner surface and an outer surface.
  • the outer surface and the inner surface have a vertical axis passing through the detection unit 1043 as a central axis. Further, the centrifugal separation channel portion 2032 communicates with the inflow / outflow portion 1031 on the outer side surface in all azimuth directions.
  • the centrifuge flow path portion 2032 communicates with the inflow / outflow portion 1031 in the omnidirectional direction in the lower region of the outer surface of the centrifuge flow path portion 2032.
  • the detection section flow path section 1033 communicates with the upper region on the inner side surface of the centrifugal separation flow path section 2032 in all azimuth directions.
  • a part of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 flows out of the outflow / inflow portion 1031 through the centrifugal flow path portion 2032, the detection portion flow path portion 1033, and the centrifugal separation flow path portion 2032 in this order.
  • the remainder of the fluid that has flowed in flows through the centrifugal separation channel portion 2032 as it is.
  • the fluid passing through the centrifugal separation channel portion 2032 flows along the circumferential direction of the ring, so that the fluid flows outside the circumference, that is, outside the centrifugal separation channel portion 2032. Receives centrifugal force toward the side.
  • the dust G that has received the centrifugal force flows in the vicinity of the outer surface and is discharged to the outside from the inflow / outflow portion 1031, so that the amount of dust contained in the fluid is reduced. Further, dust that is not released to the outside also flows along the outer surface of the centrifugal separation channel portion 2032, and therefore, most of the dust flows without flowing into the detection portion channel portion 1033.
  • the fluid measuring device 200 has a simpler configuration than the fluid measuring device 100, it is difficult for dust to adhere to the detection unit 1043.
  • the speed of the fluid flowing through the detection unit flow channel unit 1033 can be adjusted.
  • the control substrate 1041 on which the calculation unit 1042 is arranged and the detection element substrate 101 may be the same member. Further, the temperature / humidity sensor and the orientation sensor may be disposed on the detection element substrate 101.
  • symbol is attached
  • FIG. 13A and FIG. 13B are schematic views of the fluid measuring devices 300 and 300a according to the present embodiment, respectively.
  • FIG. 13A shows a configuration example including one centrifuge channel portion (centrifugal channel) 3032
  • FIG. 13B shows two centrifuge channel portions (centrifuge channel). The structure provided with 3032a and 3032b is shown.
  • a region where the connecting portion between the inflow / outflow portion 1031 and the centrifugal separation channel portion 3032a is the center of the outer surface of the centrifugal separation channel portion 3032 (3032a) with respect to the central axis direction. It is in.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of the fluid measuring apparatus 900 according to the reference.
  • the position where the inflow / outflow portion 1031 and the centrifuge flow path portion 9032a communicate with each other is different from the upper area on the outer surface of the centrifuge flow path section 9032a (the lower area connected to the centrifuge flow path section 9032b). Is different from the fluid measuring device 300 (300a).
  • the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 has a large amount of flowing in the horizontal direction.
  • the main flow direction of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 is the horizontal direction. This is because the inflow / outflow portion 1031 is provided on the vertical side surface of the fluid measuring devices 300, 300 a, and 900.
  • the amount of fluid whose flow rate changes so that it flows in the vertical direction through the centrifugal separation channel 3032 (3032a) out of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion 1031 is greater than that of the fluid measuring device 900.
  • the amount of fluid flowing in the horizontal direction is larger than that of the fluid measuring device 900. This is due to the following reason.
  • the fluid that flows horizontally from the inflow / outflow portion 1031 first flows into a region surrounded by the upper side surface and the inner side surface of the centrifugal separation channel portion 9032a. Then, due to the resultant reaction force between the upper side surface and the inner side surface, the main flow direction of the fluid is obliquely downward along the annular shape of the centrifugal separation channel portion 9032a.
  • the fluid that flows in horizontally from the inflow / outflow portion 1031 only receives a reaction from the inner surface of the centrifugal separation channel portion 9032a, and does not cause a reaction in the vertical direction. That is, since the vertical component of the flow velocity does not change, the main flow direction of the fluid is on a horizontal plane substantially equal to the inflow / outflow portion 1031 along the annular shape of the centrifugal separation channel portion 9032a.
  • Dust contained in the fluid flowing along the ring (main flow) flows in the vicinity of the outer surface of the centrifugal separation channel portion 3032 (3032a) by centrifugal force. Then, since the inflow / outflow portion 1031 is provided on the outer side surface on the horizontal plane in the flowing direction, dust is discharged from the outflow / inflow portion 1031 to the outside. Therefore, the dust contained in the fluid is reduced.
  • the inflow / outflow portion 1031 is provided near the center in the height direction of the fluid measuring device 300 (300a).
  • This configuration is a configuration having high symmetry in the vertical direction on the outer shape. Therefore, the difference in the inflow amount of the fluid due to the magnitude of the fluid velocity component in the vertical direction is small.
  • the outer surface is a height at which the inflow / outflow portion 1031 is provided. It extends vertically. Therefore, it is easy to adopt a configuration in which the inflow / outflow portion 1031 is provided near the center in the height direction of the fluid measuring device 300 (300a).
  • an additional structure portion 903a is provided above the upper structure 103 in order to increase the vertical symmetry on the outer shape.
  • the fluid measuring device includes a detection unit that detects at least one of the velocity and direction of the fluid by contacting the fluid, and a circle having a center on a predetermined central axis. And an inflow / outflow part through which fluid flows in and out of the fluid measuring device and an annular flow path centering on the central axis, and provided on a circumference parallel to the annular flow path.
  • the centrifuge channel communicated with the inflow / outflow portion by the connected portion, and the centrifuge channel communicated with the centrifuge channel by the connection portion provided on the circumference parallel to the centrifuge channel, and at a position passing through the central axis. It is a structure provided with the detection part flow path in which the said detection part is provided.
  • the centrifuge flow channel flows in and out from the inflow / outflow portion provided on the circumference of the circle and communicates with the inflow / outflow portion by the connection portion provided on the circumference parallel to the flow path. It has. According to such a configuration, a part of the fluid flowing into the centrifugal separation channel from the inflow / outflow portion returns to the centrifugal separation channel via the detection unit flow channel and flows out from the inflow / outflow portion. It will be.
  • the dust contained in the fluid flowing into the centrifugal flow path composed of the annular flow path receives a centrifugal force in the centrifugal flow path and flows in the area near the annular outer surface. Accordingly, since the amount of dust contained in the fluid passing through the detection unit flow path can be suppressed, it is possible to make it difficult for dust to adhere to the detection unit.
  • the inflow / outflow part, the connection part between the inflow / outflow part and the centrifuge flow path, and the connection part between the centrifuge flow path and the detection part flow path are provided on the circumference. Therefore, the fluid inflow / outflow can be configured not to be affected by the fluid flowing direction. That is, one of the velocity and direction of the fluid can be detected without being affected by the direction in which the fluid flows.
  • the amount of fluid flowing into the detection unit flow path is determined by the size of the conduction region between the centrifugal separation flow path and the detection unit flow path.
  • the speed range in which the speed of the fluid can be measured with high accuracy is determined according to the specifications of the element of the detection unit. That is, according to the above configuration, various speed states of the external fluid can be obtained using the same detector element by appropriately setting the size of the conduction region between the centrifugal separation channel and the detection unit channel. Can be provided.
  • the detection unit described above may be configured to include a plurality of detection element units as described later. That is, in this case, the region of the detection unit is a region including a region where a plurality of detection element units are arranged. Such a detection unit is provided at a position passing through the central axis.
  • the detection section flow channel communicates with the centrifugal flow channel on an inner surface that is a surface on the central axis side among the surfaces constituting the centrifugal flow channel. It may be a configuration.
  • the detection unit flow path communicates with the centrifuge flow path on the inner surface of the centrifuge flow path.
  • the direction in which the dust in the fluid is separated from the fluid is the direction of the outer surface of the centrifugal separation channel. Therefore, the fluid flowing into the detection unit flow path does not contain the dust. Therefore, it is possible to prevent the dust from adhering to the detection unit.
  • the inflow / outflow portion communicates with the centrifugal flow channel on an outer surface which is a surface opposite to the central axis among the surfaces constituting the centrifugal flow channel. It may be a configuration.
  • the inflow / outflow portion communicates with the outer surface of the centrifugal separation channel, which is a direction in which the dust receives a centrifugal force. Therefore, the dust that has moved to the outer surface is discharged from the inflow / outflow part to the outside. Therefore, the flow path can be kept clean.
  • the detection unit includes two detection element units that detect the velocity in the uniaxial direction of the fluid, and the two detection element units detect the velocity in the uniaxial direction of the fluid.
  • the shafts may be arranged so as to be orthogonal to each other, and may be configured to face each other in a direction perpendicular to the direction of the detection unit flow path.
  • the two detection element portions are arranged so that the directions of the axes for detecting the velocity of the fluid are orthogonal to each other. Therefore, each of the two detection elements can detect a component in which the velocity and direction of the fluid are orthogonal to each other.
  • the two detection element units that constitute the detection unit and detect the velocity in the uniaxial direction of the fluid face each other in a direction perpendicular to the direction of the flow path. Therefore, the two detection element portions can detect the velocity of the fluid at the same position in the fluid flowing direction. Therefore, in the detection unit, the velocity and direction of the fluid can be accurately detected without causing a measurement error due to the displacement of the positions of the two detection element units.
  • the detection unit includes two detection element units that detect the velocity in the uniaxial direction of the fluid, and the two detection element units detect the velocity in the uniaxial direction of the fluid.
  • a configuration may be adopted in which the axes are arranged so as to be orthogonal to each other, and adjacent to the same side of the detection unit flow path and in the direction of the detection unit flow path.
  • the two detection element portions are arranged so that the directions of the axes for detecting the velocity of the fluid are orthogonal to each other. Therefore, each of the two detection element portions can detect the orthogonal component of the fluid velocity.
  • the two detection element units are provided on the same side with respect to the detection unit flow path. Therefore, the electrical wiring connected to the two detection element units can be provided on the same side of the detection unit flow path. Therefore, it is possible to easily handle the electric wiring.
  • the centrifugal flow path may include a plurality of annular flow paths having different radii.
  • the plurality of annular channels included in the centrifugal separation channel have different radii.
  • the annular channel having a large radius has a long channel length in the annular portion, and the annular channel having a small radius has a large curvature. Therefore, an annular flow path having a large radius can separate a large amount of dust.
  • the annular flow path having a small radius has a strong centrifugal force acting on the fluid and dust passing through the annular portion, not only heavy dust but also small and light dust can be separated.
  • the detection unit channel has a smaller cross-sectional area of the detection unit channel at a position in contact with the detection unit than the detection unit channel at other positions.
  • a configuration may be provided in which a diaphragm is provided.
  • the cross-sectional area (flow channel area) of the detection unit flow channel at a position in contact with the detection unit is reduced by the restriction of the detection unit flow channel. Therefore, the fluid flow at the position in contact with the detection unit is stabilized. Accordingly, the fluid velocity and direction can be accurately detected by the detection unit.
  • the inflow / outflow portion is a surface on the outer side which is a surface opposite to the central axis among the surfaces constituting the centrifugal separation channel, with respect to the central axis direction.
  • the structure which communicates with the said centrifuge flow path may be sufficient in the area
  • the main flow direction of the fluid flowing in from the inflow / outflow portion is on a horizontal plane perpendicular to the central axis direction in the centrifugal separation channel. That is, since the inflow / outflow portion exists on the same horizontal plane as the main flow direction where the flow rate of the fluid is the largest, it is possible to adopt a configuration in which dust is easily discharged from the inflow / outflow portion.
  • At least one corner portion in the contour shape of the connection portion where different flow paths communicate with each other in a cross section by a plane including the central axis is chamfered or rounded by a curved shape. It may be configured as described above.
  • the fluid flow through the connecting portion is stabilized. Therefore, changes in the velocity and direction of the fluid in the connecting portion can be suppressed.
  • a user of the fluid measuring device may want to know the velocity and direction of the fluid in the external environment of the fluid measuring device.
  • the fluid measurement device further includes a calculation unit that obtains fluid velocity and direction data from the detection unit and outputs the fluid velocity and direction in the external environment by performing calculations on the data.
  • the structure provided may be sufficient.
  • the direction of the fluid in the external environment can be detected based on the absolute direction regardless of the orientation of the fluid measuring device installed in any orientation with respect to the external environment in which the measurement is performed.
  • the fluid measurement device further includes an orientation detection unit that detects an absolute orientation
  • the arithmetic unit is configured to output a direction based on the absolute direction as a fluid direction in the external environment based on the absolute direction detected by the direction detection unit and the direction of the fluid detected by the detection unit. It may be.
  • the fluid measurement device further includes at least one of a temperature detection unit that detects the temperature of the fluid and a humidity detection unit that detects the humidity of the fluid, and the calculation unit includes at least one of the detected temperature and humidity.
  • the configuration may be such that calculation is performed based on any one of the data and the fluid velocity and direction data, and the indicator data of the environmental state is output.
  • the present invention can be used in a fluid measuring device that detects the velocity and direction of a fluid.
  • it can be used for downflow monitoring in clean rooms, airflow monitoring in data centers, air conditioning and comfort monitoring in factories and businesses, air conditioning in homes, ventilation conditions, and comfort monitoring.
  • Fluid measuring device 1031 Inflow / outflow part 1032a, 1032b, 2032, 3032, 3032a, 3032b Centrifugation channel part (centrifugation channel) 1033 Detection section flow path section (detection section flow path) 1042 Calculation unit 1043 Detection unit 1043a, 1043b Detection element (detection element unit) 1044 Temperature / humidity sensor (temperature detector / humidity detector) 1045 Orientation sensor (azimuth detection unit)

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Abstract

　流出入部（１０３１）は全方位角方向に対して流体が流出入し、遠心分離流路部（１０３２ａ、１０３２ｂ）は環状の流路からなっており、検出部流路部（１０３３）には検出部が設けられ、上記流出入部（１０３１）、上記遠心分離流路部（１０３２ａ、１０３２ｂ）、上記検出部流路部（１０３３）がこの順で全方位角方向において連通している。

Description

流体測定装置
　本発明は、流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する流体測定装置に関する。
　従来、流体測定装置において、測定対象の流体と直接的に接触することにより、流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する検出部が設けられている。上記検出部はヒータおよび温度センサを備えており、上記ヒータに暖められた流体が移動することによる温度分布の変化を上記温度センサで測定することで、流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する。
　例えば、特許文献１には、２枚の整流板の間を流れる空気の速度を検出するマイクロフローセンサを一方の整流板の内側面に配置した風向計が示されている。これにより、整流板によって気流の乱れが抑制された空気が上記マイクロフローセンサに流入する。
　その他にも、特許文献２には、図１４の（ａ）（ｂ）に示すように、所定の間隔をおいて対向する２枚の流体案内板８０１ａ、８０１ｂの一方または両方の対向面に２つの流体検出素子８０２ａ、８０２ｂが配置されていて、上記対向面間を流れる流体の流速を検出する流体検出装置８００が示されている。
　ここで、流速を検出する対象の流体は例えば特許文献１において例示のように空気であり、環境によっては該流体に塵埃が含まれている。すると、例えば特許文献２の流体検出装置８００では、図１５のように、流速を検出する流体検出素子８０２ａ（８０２ｂ）には、流体に含まれる塵埃Ｇが付着して該検出素子８０２ａ（８０２ｂ）を汚染する可能性がある（図１５）。そして、検出素子８０２ａ（８０２ｂ）が汚染されると、出力感度異常など検出性能の劣化を該検出部に引き起こす可能性がある。このような問題は、特許文献１および２に開示の構成のどちらにおいても引き起こされる。
　そこで、特許文献３には、図１７に示すように、導入流路７０１ａ、７０１ｂから流入してきた塵埃に対して遠心力を作用させる遠心分離室７０２ａ、７０２ｂを備える流量測定装置７００が開示されている。同文献によれば、遠心分離室７０２ａ、７０２ｂにおいて遠心力の作用した塵埃は、遠心分離室７０２ａ、７０２ｂの壁面に沿って流れ、上記塵埃を含まない清浄な流体だけが検出素子７０３に流れる。従って、検出素子７０３には塵埃が付着および堆積しにくい構造となっている。
日本国公開特許公報「特開２０１１－１２８１０５号公報（平成２３年６月３０日公開）」 日本国公開特許公報「特開平４－２９５７６８号公報（平成４年１０月２０日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００７－３３８７号公報（平成１９年１月１１日公開）」
　さて、流体の速度を測定する流体測定装置においては、その検出対象の流体によって、流体の流れる方向の影響を受けることなく、流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出することが望まれる場合がある。例えば、一般の空気環境において、空気の流れ（風）の速度および方向の少なくともいずれか一方を取得して、空気の換気状態および快適性などを監視したい場合などである。
　特許文献１および２に開示の構成では、全方位における流体の速度および方向を検出することができるが、前述のように、検出部（流体検出素子、マイクロフローセンサ）に対する塵埃の付着および堆積の問題がある。一方、特許文献３では、検出部（検出素子）に塵埃が付着および堆積しにくい構造となっているものの、全方位における流体の速度および方向を検出することはできない。なぜならば、特許文献３の流量測定装置では、２つの導入流路しか備えておらず、流体は２方向から流入することしかできないためである。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の流れる方向の影響を受けることなく、流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出し、かつ、流体中の塵埃が検出部に付着することを抑制することができる流体測定装置を提供することにある。
　本発明に係る流体測定装置は、上記課題を解決するために、流体に接触することにより該流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、所定の中心軸上に中心を有する円の円周上に設けられ、当該流体測定装置の外部との間で流体が流出入する流出入部と、上記中心軸を中心とする環状の流路からなり、該環状の流路に平行な円周上に設けられた接続部によって上記流出入部と連通する遠心分離流路と、上記遠心分離流路に平行な円周上に設けられた接続部によって該遠心分離流路と連通し、上記中心軸を通る位置に上記検出部が設けられる検出部流路とを備える構成である。
　以上のように、本発明の流体測定装置は、流体に接触することにより該流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、所定の中心軸上に中心を有する円の円周上に設けられ、当該流体測定装置の外部との間で流体が流出入する流出入部と、上記中心軸を中心とする環状の流路からなり、該環状の流路に平行な円周上に設けられた接続部によって上記流出入部と連通する遠心分離流路と、上記遠心分離流路に平行な円周上に設けられた接続部によって該遠心分離流路と連通し、上記中心軸を通る位置に上記検出部が設けられる検出部流路とを備える構成である。
　これにより、流体の流れる方向の影響を受けることなく、流体の速度および方向のいずれか一方を検出し、かつ、流体中の塵埃が検出部に付着することを抑制することができるという効果を奏する。
（ａ）（ｂ）は、実施形態１に係る流体測定装置の中心を通る側面断面図であり、（ａ）は上記流体測定装置の断面を正面視した図であり、（ｂ）はその断面の斜視図である。 （ａ）は、実施形態１に係る流体測定装置の斜視図であり、（ｂ）は該流体測定装置の分解図であり、（ｃ）は該流体測定装置が備える検出部の構成を示す図である。 （ａ）は、図２の（ａ）に破線Ａ－Ａ’で示す矢視断面図であり、（ｂ）は、図２の（ａ）に破線Ｂ－Ｂ’で示す矢視断面図である。 実施形態１に係る流体測定装置における検出部流路部近傍の拡大図である。 実施形態１に係る流体測定装置において、遠心分離流路部、および底部流路部の接続部近傍の拡大図である。 検出素子と接触する流体の速度と、該検出素子の出力電圧との関係の一例を示すグラフである。 実施形態１に係る流体測定装置の変形例を示す模式図である。 実施形態１に係る流体測定装置の他の変形例の構成を示す図である。 （ａ）は実施形態１に係る流体測定装置のさらに他の変形例の構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に破線Ｃ－Ｃ’で示す矢視断面図である。 実施形態１に係る流体測定装置に形成された信号処理回路の構成を示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）は検出素子の構成を示す図である。 実施形態２に係る流体測定装置の模式図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施形態３に係る流体測定装置の模式図であり、（ｃ）は参考に係る流体測定装置の模式図である。 （ａ）は従来の流体測定装置の構成を示す図であり、（ｂ）は該流体測定装置における検出素子の配置を示す図である。 従来の流体測定装置における検出素子近傍の模式図である。 （ａ）（ｂ）従来の流体測定装置における検出素子近傍の他の模式図である。 従来の他の流体測定装置の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図１～１３を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明に過ぎない。
〔実施形態１〕
　（流体測定装置の構成）
　まず、図２の（ａ）～図２の（ｃ）を用いて、本実施形態の流体測定装置１００の構成を説明する。
　図２の（ａ）は、流体測定装置１００の斜視図であり、図２の（ｂ）は流体測定装置１００の分解図である。
　図２の（ａ）に示すように、外形が略円筒形となっている流体測定装置１００は、その側面の全方位角方向に流出入部１０３１を備えている。流出入部１０３１を通って、外部（外部環境）より流体が流体測定装置１００に流入するとともに、外部に対して流体測定装置１００から流体が流出する。
　図２の（ｂ）に示すように、流体測定装置１００は、検出素子基板搭載部１０２に搭載される検出素子基板１０１と、制御基板１０４１とを備えている。
　制御基板１０４１上には、演算部１０４２、温湿度センサ１０４４（温度検出部／湿度検出部）および方位センサ１０４５（方位検出部）が備えられている。温湿度センサ１０４４は、流体の温度および湿度を検出する素子であり、方位センサ１０４５（デジタルコンパス）は、東西南北の絶対方位を検出する素子である。
　なお、本実施形態では、温度及び湿度を検出する温湿度センサ１０４４を設ける構成としているが、温度のみを検出する温度センサのみを設ける構成、または、湿度のみを設ける湿度センサのみを設ける構成としてもよい。
　演算部１０４２は、検出部１０４３、温湿度センサ１０４４、および方位センサ１０４５と電気的に接続されて、信号処理回路１０５（図１０参照）が形成されている。
　検出素子基板１０１上には、図２の（ｃ）に示すように検出部１０４３が配置されている。検出部１０４３は、２つの検出素子１０４３ａ、１０４３ｂ（検出素子部）で構成されている。検出素子１０４３ａおよび１０４３ｂは、それぞれ、接触する流体の一方向における流速を検出する検出軸を有する素子であり、その検出軸同士を互いに直交させた状態で検出素子基板１０１上に配置されている。検出素子１０４３ａ、１０４３ｂが検出したそれぞれの検出軸方向の流速成分から、流体の速度および方向が分かる。
　従って、本発明に係る流体測定装置１００は、全周方向からの流れを導入する流入部（流出入部１０３１）と、風向を検出するため少なくとも2軸方向に感度をもつ流速検出素子（検出部１０４３）を備え、流出部（流出入部１０３１）は流入部と同一のものである風速風向測定装置（流体測定装置１００）であるということもできる。
　図１の（ａ）（ｂ）に、流体測定装置１００の中心を通る側面断面図を示す。図１の（ａ）は流体測定装置１００の断面を正面視したものであり、図１の（ｂ）はその断面の斜視図である。
　図１の（ａ）に矢印で示すように、流体測定装置１００の内部には、流出入部１０３１から流入した流体の流路が形成されている。上記流路は、流出入部１０３１、遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂ、検出部流路部１０３３、および底部流路部１０３４で構成されている。
　図１の（ａ）（ｂ）に示すように、上部構造１０３には、遠心分離流路部（遠心分離流路）１０３２ａが形成されている。また、遠心分離流路部（遠心分離流路）１０３２ｂは、上部構造１０３と検出素子基板搭載部１０２の側面との間に形成されている。また、検出部流路部１０３３は上部構造１０３と検出素子基板搭載部１０２の上面との間に形成されている。
　流出入部１０３１は、円筒形を有する流体測定装置１００の側面の全方位角方向に形成されている。流出入部１０３１は、複数の開口部が方位角方向に等間隔で設けられている構成であってもよいし、全方位角方向に連通するスリットであって、該スリットに所定の数の柱が設けられた構成であってもよい。
　遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂは、どちらも、中心軸が同じで径の異なる２つの円筒を内側面および外側面とする間隙に形成された環状の流路である。上記外側面および内側面は、検出部１０４３（検出素子１０４３ａ、１０４３ｂ）を通る垂直軸を中心軸としている。遠心分離流路部１０３２ｂの環状の径は遠心分離流路部１０３２ａの環状の径よりも小さく、遠心分離流路部１０３２ｂは、遠心分離流路部１０３２ａの内側に、遠心分離流路部１０３２ａと並行するように形成されている。
　遠心分離流路部１０３２ａは、当該遠心分離流路部１０３２ａの外側面の上部領域において流出入部１０３１と全方位角方向において連通している。また、遠心分離流路部１０３２ｂは、当該遠心分離流路部１０３２ｂの外側面の下部領域において、遠心分離流路部１０３２ａの内側面の下部領域と全方位角方向において連通している。また、検出部流路部１０３３は、遠心分離流路部１０３２ｂの内側面の上部領域と全方位角方向において連通している。
　すなわち、流体測定装置１００は、流体の流入方向と垂直に円筒状の流路を形成する内部円筒路（遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂ）を備え、流入した流れを、上記内部円筒路外側壁面を利用して三次元的に分流することでその一部を検出部１０４３へと導入することを特徴とする内部流路構造を備えるということもできる。
　また、流体測定装置１００は、上記内部円筒路の外側壁面を利用して分流した流れを，さらに上記内部円筒路の内側壁面を利用して分流し，その一部を検出部１０４３へと導入することを特徴とする内部流路構造を備えるということもできる。
　底部流路部１０３４は、遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂの下部領域において、該遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂと全方位角方向において連通している。
　以上のように、流出入部１０３１から全方位角方向に対して流体が流出入することができる。
　また、流出入部１０３１と全方位角方向において連通する環状の流路からなる遠心分離流路部１０３２ａを備えており、流出入部１０３１から遠心分離流路部１０３２ａに流入した流体のうち、一部が検出部流路部１０３３を経由して該遠心分離流路部１０３２ａに戻って流出入部１０３１から流出する。
　また、流体測定装置１００において、流出入部１０３１および遠心分離流路部１０３２ａは検出部１０４３を通る中心軸に対して全方位角方向に対称性を有する構造となっている。従って、流体は流入する方位角に依存せず、全方位角において同じ条件で流体の測定を行うことができる。また、任意の方位角方向の流出入部１０３１から流入した流体の一部は、遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂおよび検出部流路部１０３３を通って検出部１０４３に接触する。従って、検出部１０４３で全方位角方向における流体の速度および方向を検出することができる。
　また、検出部流路部１０３３へは、遠心分離流路部１０３２ｂに流入した流体の一部が流入するようになっている。よって、検出部流路部１０３３へ流入する流体の量は、遠心分離流路部１０３２ｂと検出部流路部１０３３との間の導通領域の大きさによって決まることになる。一方、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂは、その仕様に応じて、精度良く流体の速度を測定することが可能な速度範囲が決まっている。すなわち、流体測定装置１００の構成によれば、遠心分離流路部１０３２ｂと検出部流路部１０３３との間の導通領域の大きさを適宜設定することによって、同じ検出素子１０４３ａ、１０４３ｂを用いて、外部流体の様々な速度状態に対応可能とすることができる。
　（流体の流路と流れ）
　次に、流体測定装置１００内における流体の流路およびその流れについて、図１の（ａ）（ｂ）、図３の（ａ）（ｂ）、および図４を用いて説明する。
　流体は、図１の（ａ）に矢印で示す３つの流れｗ１～ｗ３となって、流体測定装置１００内を流れる。第１の流れｗ１は、流出入部１０３１、遠心分離流路部１０３２ａ、遠心分離流路部１０３２ｂ、検出部流路部１０３３、遠心分離流路部１０３２ｂ、遠心分離流路部１０３２ａ、流出入部１０３１の順に流体が流れる。第２の流れｗ２は、流出入部１０３１、遠心分離流路部１０３２ａ、底部流路部１０３４、遠心分離流路部１０３２ａ、流出入部１０３１の順に流れる。第３の流れｗ３は、流出入部１０３１、遠心分離流路部１０３２ａ、流出入部１０３１の順に流れる。第４の流れｗ４は、流出入部１０３１、遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂ、流出入部１０３１の順に流れる。換言すれば、流出入部１０３１から遠心分離流路部１０３２ａに流入した流体のうち、一部が遠心分離流路部１０３２ｂと検出部流路部１０３３とを経由して、再び遠心分離流路部１０３２ｂを通り、遠心分離流路部１０３２ａに戻って流出入部１０３１から流出する（流れｗ１）一方、残りが遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂおよび底部流路部１０３４を通って流出入部１０３１から流出する（流れｗ２、ｗ３、ｗ４）。
　つづいて、流体測定装置１００における流体の流れｗ１、ｗ２、ｗ３について、順を追って説明する。
　図３の（ａ）として、図２の（ａ）に破線Ａ－Ａ’で示す矢視断面図を示す。また、図３の（ｂ）として、図２の（ａ）に破線Ｂ－Ｂ’で示す矢視断面図を示す。
　流出入部１０３１から流入した流体は、遠心分離流路部１０３２ａに流入する。
　図３の（ａ）に示すように、遠心分離流路部１０３２ａに流入した流体は、遠心分離流路部１０３２ａ内を垂直下方向に流れる（流れｗ１、ｗ２）とともに、水平方向にも流れる（流れｗ３）。実際には、流体は垂直下方向の流速成分と水平方向の流速成分とをどちらも有しているが、簡単のため、垂直下方向に流れる流体と、水平方向に流れる流体とについて考える。
　次に図３の（ｂ）に示すように、垂直下方向に流れる流体（ｗ１、ｗ２）は、遠心分離流路部１０３２ａを通って、遠心分離流路部１０３２ａと遠心分離流路部１０３２ｂ、底部流路部１０３４との接続部に到達する。
　一方、水平方向に流れる流体（ｗ３）は、遠心分離流路部１０３２ａの環状形状における円周方向に沿って流れる。そのため、流体内に存在する塵埃Ｇは、上記環の外側、すなわち遠心分離流路部１０３２ａの外側面方向に向かう遠心力を受ける。遠心力を受けた塵埃Ｇは外側面近傍を流れるとともに、流出入部１０３１から外部に放出される。従って、流体に含まれる塵埃が少なくなる（効果Ａ）。
　実際には、流体は、垂直下方向の流速成分と水平方向の流速成分との両方を有している。そのため、流体は、遠心分離流路部１０３２ａを垂直下方向に流れつつ、水平方向に流れる。従って、効果Ａによって、遠心分離流路部１０３２ａを通る間に、流体中の塵埃が少なくなる。
　こうして、塵埃が少なくなった流体は、遠心分離流路部１０３２ａから遠心分離流路部１０３２ｂまたは底部流路部１０３４に流入するときに、流速の方向が変化する。そして、垂直上方向の流速成分が大きい流体は、遠心分離流路部１０３２ｂに流入する（流れｗ１）。一方で、水平方向の流速成分が大きい流体は、底部流路部１０３４を流れる（流れｗ２）。
　底部流路部１０３４を通った流体（流れｗ２）は、次に遠心分離流路部１０３２ａを通ってそのまま流出入部１０３１から流出する。
　一方で、遠心分離流路部１０３２ａから遠心分離流路部１０３２ｂに流入する流体（ｗ１）は、遠心分離流路部１０３２ａと１０３２ｂとの接続部において、流速方向の下向きから上向きへの変化によって、流体中の塵埃に慣性力、すなわち下向きの力が働く。そのため、塵埃は底部流路部１０３４に流入しやすく、遠心分離流路部１０３２ｂには流入しにくい。従って、遠心分離流路部１０３２ｂを流れる流体（流れｗ１）に含まれる塵埃が少なくなる（効果Ｂ）。
　遠心分離流路部１０３２ｂに流入した流体（流れｗ１）の一部は遠心分離流路部１０３２ａに流入する流れ（流れｗ４）となり、残りは、次に検出部流路部１０３３に流入する。
　図４に、検出部流路部１０３３近傍の拡大図を示す。同図のように、検出部流路部１０３３は、検出部１０４３を中心とする円盤型の中心部１０３３ａと、遠心分離流路部１０３２ｂと接続する周辺部１０３３ｂとで構成されている。
　ここで、図４に破線Ｘで示したように、検出部流路部１０３３は、周辺部１０３３ｂから中心部１０３３ａに向けて、流路面積が狭くなっている。こうすることで、検出部１０４３付近における流れを安定させることが期待できる。
　検出部流路部１０３３に流入した流体は、検出部１０４３と接触する。このとき、検出部１０４３と接触する流体には、上記の効果ＡおよびＢによって、流体中の塵埃が少ない。従って、検出部１０４３に塵埃が付着することによる流体速度検出誤差が生じることを抑制することができる。
　検出部１０４３と接触した流体は、遠心分離流路部１０３２ｂおよび１０３２ａを通って、流出入部１０３１から流出する。
〔効果〕
　ここでは、流体測定装置１００の構成による、上述の効果Ａ、Ｂ以外の効果について、図５および図６を用いて説明する。
　図５は、流体測定装置１００において、遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂ、および底部流路部１０３４の接続部近傍の拡大図である。
　上記接続部の構造により、遠心分離流路部１０３２ａ内の下向きの流れが遠心分離流路部１０３２ｂ内の上向きの流れに方向転換する。そのため、遠心分離流路部１０３２ａから遠心分離流路部１０３２ｂへと流入する流体中の塵埃に対して下向きの慣性力が働く。特に、ｈを底部流路部１０３４の高さよりも低くすることで、上記接続部を通る塵埃Ｇに慣性力が働くことにより、遠心分離流路部１０３２ｂに流入する塵埃Ｇが少なくなる。
　その理由は、ｈを低くすることによって、遠心分離流路部１０３２ａから遠心分離流路部１０３２ｂへと流入する流体に、狭い領域で大きな流速変化が生じるようになる。その結果、流体中の塵埃Ｇに下向きの大きな慣性力が働くので、塵埃Ｇは底部流路部１０３４には流入しやすく、遠心分離流路部１０３２ｂには流入し難くなるためである。
　検出部１０４３は、流速を電圧値として検出する２つの検出素子１０４３ａ、１０４３ｂで構成されている。検出素子１０４３ａ、１０４３ｂには、一般的に、測定精度が高い流速領域が存在する。
　検出素子１０４３ａ、１０４３ｂと接触する流体の速度（流速）と、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂの出力電圧との関係の一例のグラフを図６に示す。同図において、グラフの傾きが大きい領域（破線Ｙで囲った領域）では、流速の変化に対する出力電圧の変化が大きいので、流速の検出精度が高い。一方で、グラフの傾きが小さい領域では、流速の変化に対して出力電圧があまり変わらないので、流速の検出精度が低い。
　検出素子１０４３ａ、１０４３ｂに接触する流体の速度は、上記流速の検出精度の高い領域、すなわち最適な流速感度領域に含まれることが望ましいが、外部環境の流速によって、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂに接触する流体の速度は様々である。
　すると、外部環境の流速によっては、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂに接触する流体の速度が、検出精度の低い領域に含まれることがある。そのため、従来の流体測定装置では、流速が様々に異なる外部環境に対応して、流速の検出精度を高く保つことができなかった。
　例えば、図１４に示す特許文献２の流体検出装置８００では、外部環境の流速変化に対応させるために、２枚の流体案内板８０１ａ、８０１ｂの間隔を調整することが考えられる。しかし、流体検出装置８００では、図１６の（ａ）（ｂ）に示すように、２枚の流体案内板８０１ａ、８０１ｂの間隔ｄのときに流体検出素子８０２ａ（８０２ｂ）と接触する流体の速度ｖｆ（図１６の（ａ））は、２枚の流体案内板８０１ａ、８０１ｂの間隔ｄをｄ’に変化させたときの流体検出素子８０２ａ（８０２ｂ）と接触する流体の速度ｖｆ’（図１６の（ｂ））とほとんど変わらない。このように、従来の流体検出装置８００は、簡単な設計変更によって外部環境の流速変化に対応させることはできない。
　一方、本発明に係る流体測定装置１００では、図５に示す遠心分離流路部１０３２ａの流路面積Ｓ１、遠心分離流路部１０３２ｂの流路面積Ｓ２、および底部流路部１０３４の流路面積Ｓ３、を調整するという簡単な設計変更によって、遠心分離流路部１０３２ｂにおける流速を調整すること、ひいては検出部流路部１０３３における流速を調整することが容易にできる。例えば、Ｓ１に対するＳ２とＳ３の和を大きくする、またはＳ２のＳ３に対する大きさの比を小さくするといった設計変更により、検出部流路部１０３３における流速を遅くすることができる。
　すなわち、流体測定装置１００は、外部環境の流速に対応して、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂ（検出部１０４３）に接触する流速を、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂ（検出部１０４３）の最適な流速感度領域に含まれるように調整することが容易にできる構成である。
　また、流体測定装置１００は、内部円筒路（遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂ）の寸法を変更することにより、分流比率を制御し、検出部１０４３へ達する流速の調整を容易にする内部流路構造を備えるということもできる。
〔変形例〕
　本実施形態は、検出部１０４３を構成する２つの検出素子１０４３ａ、１０４３ｂが、どちらも検出素子基板１０１上に配置され、流路の方向に隣接している構成である。
　しかし、図７に模式図を示す流体測定装置１００ａのように、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂが、流路を挟んで検出素子基板１０１ａ、１０１ｂ上に配置され、流路の方向に対して垂直方向において互いに対面する構成であってもよい。
　このような構成とすることで、検出素子１０４３ａおよび１０４３ｂと接触する流体（の大部分）は、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂが対面する方向と垂直な方向に流れる。そのため、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂでは、流体の流れる方向について同じ位置で、流体速度の検出軸方向成分が検出される。ここで、流体の流れる方向について同じ位置では、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂで検出される流体は、同じ方向に流れていると考えられる。従って、検出部１０４３において、２つの検出素子部の位置のずれによる測定誤差を生じさせることなく、流体の正確な方向を検出することができる。
　前述のように、流体測定装置１００では、遠心分離流路部１０３２ａと１０３２ｂとは水平方向に並列している構成である。従って、遠心分離流路部１０３２ａが１０３２ｂとの接続部において、流路が反転して折り返す。上記接続部では、流れの方向が急激に変化することによって、流れに乱流が発生しやすい。
　そこで、図８として上記接続部近傍の拡大図を示す流体測定装置１００ｂのように、遠心分離流路部１０３２ａと遠心分離流路部１０３２ｂとの接続部には、流路方向の急激な変化を緩衝するための面取り１１３５を設けてもよい。流体測定装置１００ｂの構成によれば、遠心分離流路部１０３２ａから流れてきた流体の一部は、面取り１１３５に沿って流れることで流れる方向が変化し、遠心分離流路部１０３２ｂの方向に近づく。従って、流路方向の急激な変化による滞留する流れおよび乱流の発生を抑制することができる。
　あるいは、図９の（ａ）として構成を示す、本実施形態の他の変形例に係る流体測定装置１００ｃのように、検出素子基板搭載部１０２’において遠心分離流路部１０３２ａと１０３２ｂとの接続部、および、上部構造１０３’において遠心分離流路部１０３２ｂと検出部流路部１０３３との接続部、にそれぞれ湾曲形状を形成してもよい。本変形例の構成によれば、上記２つの接続部における、滞流および乱流の発生が抑制されるので、流体の流れが安定する。
　また、流体測定装置１００ｃは、底部流路部を備えない構成例である。図９の（ｂ）に、図９の（ａ）に破線Ｃ－Ｃ’で示す矢視断面図を示す。図９の（ｂ）に矢印ｗ１’、ｗ２’、ｗ３’で示すように、流体測定装置１００ｃでは、流出入部１０３１から流入した流体は、一部は遠心分離流路部１０３２ａを通ってそのまま流出入部１０３１から流出し（ｗ１’）、他の一部は遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂをこの順に通って検出部１０４３と接触し、再び遠心分離流路部１０３２ｂ、１０３２ａをこの順で通って流出入部１０３１から流出する（ｗ２’）。残りは、遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂを通って、流出入部１０３１から流出する（ｗ３’）。
　（信号処理と出力）
　次に、演算部１０４２において実行される処理について、図１０を用いて説明する。
　図１０は、信号処理回路１０５の構成を示すブロック図である。
　検出部１０４３を構成する２つの検出素子１０４３ａ、１０４３ｂで検出された電圧信号は、アナログフロントエンドで信号調節を受けて演算部１０４２に送られる。演算部１０４２は、上記電圧信号から流路中の流体の速度および方向を計算する。その計算結果から、流路の設計に合わせて外部環境における流体の速度および方向に変換する処理を行い、外部環境における流体の速度および方向として、外部に出力する。
　また、演算部１０４２は、温湿度センサ１０４４から、外部環境の温湿度情報を取得してもよい。演算部１０４２は、上記流体の速度および方向の情報と、上記温湿度情報とから計算した快適性指数（ＰＭＶ（Predicted Mean Vote）、ＳＥＴ＊（Standard new Effective Temperature））および熱中症危険度などをデータとして出力するようになっていてもよい。
　さらに、演算部１０４２は、方位センサ１０４５から絶対方位情報を取得し、検出部１０４３から取得した流体の方向の情報を、絶対方位を基準とする方向に補正したのち出力してもよい。
　〔補足〕
　　（検出部の検出原理）
　検出部１０４３は２つの検出素子１０４３ａ、１０４３ｂで構成されている。検出素子１０４３ａおよび１０４３ｂは、それぞれの上記検出軸方向を、流路方向の平面内において互いに直交させた状態で検出素子基板１０１上に配置されている。検出素子１０４３ａ、１０４３ｂは、それぞれ一方向（検出軸方向）の流速を検出することができる。
　ここでは、図１１の（ａ）（ｂ）を用いて、検出素子１０４３ａ、１０４３ｂによって流体の速度を検出する原理を説明する。図１１の（ａ）（ｂ）に示した検出素子１０４３’は検出素子１０４３ａ、１０４３ｂのどちらであるとみなしてもよい。
　図１１の（ａ）（ｂ）に構成図を示す検出素子１０４３’は、２つのサーモパイル１１０１ａ、１１０１ｂと、ヒータ素子１１０２で構成されている。これらは、サーモパイル１１０１ａ、ヒータ素子１１０２、サーモパイル１１０１ｂの順で、流路に沿って一列に並んでいる。この配列方向が、検出素子１０４３’の上記検出軸方向である。
　ヒータ素子１１０２が熱を放射することで、流路内には流体の熱分布が形成される。
　図１１の（ａ）に、流路内の流体が静止した状態における熱分布Ｔ１を示す。熱分布Ｔ１は、ヒータ素子１１０２を中心として、上記検出軸方向に対称となっている。ここで、サーモパイル１１０１ａ、１１０１ｂは、該サーモパイル１１０１ａ、１１０１ｂが配置された位置における温度を電圧値として検出する。従って、例えば、サーモパイル１１０１ａからヒータ素子１１０２までの距離と、サーモパイル１１０１ｂからヒータ素子１１０２までの距離が等しい場合、熱分布Ｔ１が検出軸方向に対称のため、サーモパイル１１０１ａおよび１１０１ｂで検出される温度は等しい。
　次に、図１１の（ｂ）に、流路内に流れがある状態における熱分布Ｔ２を示す。このときの熱分布Ｔ２は、矢印方向に流れがあることによって、上記検出軸方向に対称ではなくなっている。そのため、サーモパイル１１０１ａおよび１１０１ｂで検出される温度は、流体が静止状態のときとは異なるものになる。同様に、流体が流れている場合において、流速が異なれば熱分布も異なるものになる。従って、流速と熱分布との関係を予め調べておけば、サーモパイル１１０１ａおよび１１０１ｂで検出される温度により流速を検出することができる。
　こうして、検出素子１０４３’では、流速の差異をサーモパイル１１０１ａおよび１１０１ｂにおける検出温度として検出する。
　検出素子１０４３’は、サーモパイル１１０１aおよび１１０１ｂで検出した温度を、これらのサーモパイルの出力電圧同士の電圧差ΔＶとして取得する。このとき、測定すべき流速Ｖｆと電圧差ΔＶの関係は、ΔＶ＝Ａ・（Ｔｈ－Ｔａ）・（Ｖｆ）１／ｂで表される。ここで、Ｔｈはヒータ素子１１０２の温度、Ｔａは外部環境の温度、Ａ、ｂは定数である。
　このようにして、検出素子１０４３’において、検出軸方向の流速Ｖｆが検出される。
　そして、検出部１０４３は、検出軸方向が互いに直交している検出素子１０４３ａ、１０４３ｂから、それぞれの検出軸方向の流速、すなわち直交する流速成分を取得することで、流体の速度および方向を検出する。
〔実施形態２〕
　本発明に係る流体測定装置の第２の実施形態について、図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図１２に、本実施形態に係る流体測定装置２００の模式図を示す。
　流体測定装置２００は、１つの遠心分離流路部（遠心分離流路）２０３２を備える構成である点で、２つの遠心分離流路部１０３２ａ、１０３２ｂを備える実施形態１に係る流体測定装置１００と異なっている。そのために、流体測定装置２００は、上部構造２０３の形状が上部構造１０３と異なっている。流体測定装置２００は、上記構成の差異によって、該装置に形成される流体の流路が流体測定装置１００のそれとは異なる。
　以下に、流体測定装置２００における流路について説明する。
　流体測定装置２００に流入した流体は、２つの流れとなって流体測定装置２００内を流れる。第１の流れは、流出入部１０３１、遠心分離流路部２０３２、検出部流路部１０３３、遠心分離流路部２０３２、流出入部１０３１の順に流体が通る。第２の流れは、流出入部１０３１、遠心分離流路部２０３２、流出入部１０３１の順に流体が通る。
　遠心分離流路部２０３２は、中心軸が同じで径の異なる２つの円筒を内側面および外側面とする間隙に形成された環状の流路である。上記外側面および内側面は、検出部１０４３を通る垂直軸を中心軸としている。また、遠心分離流路部２０３２は、上記外側面で流出入部１０３１と全方位角方向において連通している。
　遠心分離流路部２０３２は、当該遠心分離流路部２０３２の外側面の下部領域において流出入部１０３１と全方位角方向において連通している。また、検出部流路部１０３３は、遠心分離流路部２０３２の内側面の上部領域と全方位角方向において連通している。
　流出入部１０３１から流入した流体の一部は、遠心分離流路部２０３２、検出部流路部１０３３、遠心分離流路部２０３２の順に通って、流出入部１０３１から流出する。流入した流体の残りは遠心分離流路部２０３２を通ってそのまま流出する。
　遠心分離流路部２０３２を通る流体は、前記実施形態１で説明したのと同様に、環状の円周方向に沿って流れることで、上記円周の外側、すなわち遠心分離流路部２０３２の外側面方向に向かう遠心力を受ける。遠心力を受けた塵埃Ｇは外側面近傍を流れるとともに、流出入部１０３１から外部に放出されるため、流体に含まれる塵埃が少なくなる。また、外部に放出されない塵埃も、遠心分離流路部２０３２の外側面に沿って流れるので、検出部流路部１０３３には流入せずに流れるものが多い。
　従って、流体測定装置２００は、流体測定装置１００よりも簡素な構成でありながら、検出部１０４３に塵埃が付着しにくい。
　また、検出部流路部１０３３の流路面積と遠心分離流路部２０３２の流路面積との比を頂整することによって、検出部流路部１０３３を流れる流体の速度を調整することができる。
　なお、流体測定装置２００において、演算部１０４２を配置する制御基板１０４１と検出素子基板１０１とが同一の部材であってもよい。また、温湿度センサおよび方位センサが、検出素子基板１０１上に配置されていてもよい。
〔実施形態３〕
　本発明に係る流体測定装置の第３の実施形態について、図１３の（ａ）～図１３の（ｃ）に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施形態１および２と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図１３の（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本実施形態に係る流体測定装置３００、３００ａの模式図である。図１３の（ａ）は、１つの遠心分離流路部（遠心分離流路）３０３２を備える構成例を示し、図１３の（ｂ）は、２つの遠心分離流路部（遠心分離流路）３０３２ａ、３０３２ｂを備える構成を示す。
　流体測定装置３００（３００ａ）は、流出入部１０３１と遠心分離流路部３０３２ａとの接続部が、遠心分離流路部３０３２（３０３２ａ）の外側面における、上記中心軸方向に対して中央となる領域にある。
　図１３の（ｃ）は、参考に係る流体測定装置９００の模式図である。
　流体測定装置９００は、流出入部１０３１と遠心分離流路部９０３２ａとが連通する位置が、遠心分離流路部９０３２ａの外側面の上部領域（遠心分離流路部９０３２ｂと接続する下部領域とは別の端部領域）にある点で、流体測定装置３００（３００ａ）と異なっている。
　次に、流体測定装置３００（３００ａ）における流体の流れについて、流体測定装置９００のそれと比較して説明する。
　流体測定装置３００、３００ａ、９００において、流出入部１０３１から流入した流体は、水平方向に流れる量が多い。あるいは、流出入部１０３１から流入した流体の主流方向は水平方向であるということもできる。なぜならば、流出入部１０３１が、流体測定装置３００、３００ａ、９００の垂直な側面に設けられているためである。
　さて、流体測定装置３００（３００ａ）では、流出入部１０３１から流入した流体のうち、遠心分離流路部３０３２（３０３２ａ）を垂直方向に流れるように流速が変化する流体の量が流体測定装置９００よりも少ない一方、水平方向に流れる流体の量が流体測定装置９００よりも多い。これは以下の理由によるものである。
　流体測定装置９００では、流出入部１０３１から水平に流入した流体は、まず、遠心分離流路部９０３２ａの上側面と内側面とに囲まれた領域に流入する。すると、この上側面と内側面とにおける反作用の合力により、流体の主流方向は、遠心分離流路部９０３２ａの環状形状に沿って斜め下方向となる。
　一方で、流体測定装置３００（３００ａ）では、流出入部１０３１から水平に流入した流体は、遠心分離流路部９０３２ａの内側面から反作用を受けるのみで、上下方向への反作用は生じない。すなわち、流速の垂直成分が変化しないため、流体の主流方向は、遠心分離流路部９０３２ａの環状形状に沿って流出入部１０３１とほぼ等しい水平面上にある。
　環状に沿って流れる流体（主流）に含まれる塵埃は、遠心力によって遠心分離流路部３０３２（３０３２ａ）の外側面近傍を流れる。すると、流れる方向の水平面上の上記外側面には流出入部１０３１が設けられているので、塵埃が流出入部１０３１から外部に放出される。従って、流体に含まれる塵埃が少なくなる。
　すなわち、流体測定装置３００（３００ａ）は、流体の流量が最も多い主流方向と同じ水平面上に流出入部１０３１が存在するため、流体測定装置９００と比較して、流出入部１０３１から塵埃が排出されやすい構成である。従って、検出部１０４３に塵埃が付着しないようにする効果が大きい。
　さらに、流体測定装置３００（３００ａ）では、流出入部１０３１が流体測定装置３００（３００ａ）の高さ方向の中央付近に設けられている。この構成は、外形上、上下方向の対称性が高い構成である。そのため、流体の上下方向の流速成分の大きさによる流体の流入量の差が小さい。
　従って、流出入部１０３１に対する流体の上下方向の入射角度に応じて流入する流体の量が変化することにより、流速の計測値に誤差が生じることを抑制することができる。
　なお、流体測定装置３００（３００ａ）は、流出入部１０３１が遠心分離流路部３０３２（３０３２ａ）の外側面の中央の位置に設けられているため、上記外側面が流出入部１０３１の設けられた高さに対して上下に延びている。従って、流出入部１０３１が流体測定装置３００（３００ａ）の高さ方向について中央近傍に設けられた構成としやすい。
　一方、流体測定装置９００では、外形上の上下方向の対称性を高くするために、上部構造１０３の上部に付加構造部９０３ａを設けている。
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　〔付記事項〕
　本発明は、以下のとおり表現することもできる。すなわち、本発明に係る流体測定装置は、流体に接触することにより該流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、所定の中心軸上に中心を有する円の円周上に設けられ、当該流体測定装置の外部との間で流体が流出入する流出入部と、上記中心軸を中心とする環状の流路からなり、該環状の流路に平行な円周上に設けられた接続部によって上記流出入部と連通する遠心分離流路と、上記遠心分離流路に平行な円周上に設けられた接続部によって該遠心分離流路と連通し、上記中心軸を通る位置に上記検出部が設けられる検出部流路とを備える構成である。
　上記構成によれば、円の円周上に設けられた流出入部から流体が流出入するとともに、流路に平行な円周上に設けられた接続部によって上記流出入部と連通する遠心分離流路を備えている。このような構成によれば、上記流出入部から該遠心分離流路に流入した流体のうち、一部が上記検出部流路を経由して該遠心分離流路に戻って上記流出入部から流出することになる。
　よって、環状の流路からなる上記遠心分離流路に流入した流体に含まれる塵埃は、該遠心分離流路内で遠心力を受けて、環状の外側面近傍領域を流れることになる。従って、上記検出部流路を経由する流体中に含まれる塵埃の量を抑制することができるので、上記検出部に塵埃が付着しにくくすることができる。
　また、上記のように、流出入部、流出入部と遠心分離流路との接続部、および、遠心分離流路と検出部流路との接続部が、それぞれ円周上に設けられている。従って、流体の流出入は、流体の流れる方向に影響を受けない構成とすることができる。すなわち、流体の流れる方向の影響を受けることなく、流体の速度および方向のいずれか一方を検出することができる。
　また、上記の構成によれば、検出部流路へは、遠心分離流路に流入した流体の一部が流入することになる。よって、検出部流路へ流入する流体の量は、遠心分離流路と検出部流路との間の導通領域の大きさによって決まることになる。一方、検出部の素子は、その仕様に応じて、精度良く流体の速度を測定することが可能な速度範囲が決まっている。すなわち、上記の構成によれば、遠心分離流路と検出部流路との間の導通領域の大きさを適宜設定することによって、同じ検出部の素子を用いて、外部流体の様々な速度状態に対応可能な流体測定装置を提供することができる。
　なお、上記の検出部は、後述するように複数の検出素子部を備えた構成となっていてもよい。すなわち、この場合、検出部の領域は、複数の検出素子部が配置されている領域を含んだ領域となる。このような検出部が、上記中心軸を通る位置に設けられていることになる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記検出部流路は、上記遠心分離流路を構成する面のうち、上記中心軸側にある面である内側面において上記遠心分離流路と連通している構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記検出部流路が上記遠心分離流路と連通するのは、上記遠心分離流路の内側面においてである。ここで、流体中の塵埃が流体から分離される方向は上記遠心分離流路の外側面の方向である。そのため、上記検出部流路に流入する流体には上記塵埃がより含まれない。従って、上記検出部に上記塵埃がより付着しないようにすることができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記流出入部は、上記遠心分離流路を構成する面のうち、上記中心軸に対して反対側にある面である外側面において上記遠心分離流路と連通している構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記塵埃が遠心力を受ける方向である上記遠心分離流路の外側面において上記流出入部が連通している。そのため、上記外側面まで移動した上記塵埃は上記流出入部から外部に放出される。従って、流路を清浄に保つことができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記検出部は、流体の一軸方向の速度を検出する２つの検出素子部で構成され、該２つの検出素子部は、上記流体の一軸方向の速度を検出する軸同士が互いに直交するように配置され、かつ、上記検出部流路の方向に対して垂直方向において互いに対面している構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記２つの検出素子部は、上記流体の速度を検出する軸の方向同士が互いに直交するように配置されている。そのため、上記２つの検出素子の各々で、上記流体の速度および方向の直交する成分をそれぞれ検出することができる。
　また、上記の構成では、上記検出部を構成し、流体の一軸方向の速度を検出する２つの検出素子部は、流路の方向に対して垂直方向に対面している。そのため、上記２つの検出素子部は流体の流れる方向における同じ位置で流体の速度を検出できる。従って、上記検出部において、２つの検出素子部の位置のずれによる測定誤差を生じさせることなく、流体の速度および方向を正確に検出することができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記検出部は、流体の一軸方向の速度を検出する２つの検出素子部で構成され、該２つの検出素子部は、上記流体の一軸方向の速度を検出する軸同士が互いに直交するように配置され、かつ、上記検出部流路について同じ側に、かつ、上記検出部流路の方向に隣接している構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記２つの検出素子部は、上記流体の速度を検出する軸の方向同士が互いに直交するように配置されている。そのため、上記２つの検出素子部の各々で、上記流体の速度の直交成分をそれぞれ検出することができる。
　また、上記の構成では、上記２つの検出素子部は上記検出部流路について同じ側に設けられている。そのため、上記２つの検出素子部に接続する電気配線を上記検出部流路について同じ側に設けることができる。従って、上記電気配線の取り回しを容易にすることができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記遠心分離流路は、半径がそれぞれ異なる複数の環状の流路を含む構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記遠心分離流路に含まれる複数の環状の流路はそれぞれ半径が異なっている。ここで、半径が大きい環状の流路はその環状部分の流路長が長く、半径が小さい環状の流路は曲率が大きい。従って、半径が大きい環状の流路は多くの塵埃を分離することができる。また、半径が小さい環状の流路はその環状部分を通る流体および塵埃に働く遠心力が強いので、重い塵埃だけでなく小さく軽い塵埃も分離することができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記検出部流路には、上記検出部と接触する位置における上記検出部流路の断面積を、それ以外の位置における上記検出部流路よりも小さくするための絞りが設けられている構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記検出部流路の絞りによって、上記検出部と接触する位置における上記検出部流路の断面積（流路面積）が小さくなる。そのため、上記検出部と接触する位置における流体の流れが安定する。従って、上記検出部で正確な流体の速度および方向を検出することができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記流出入部は、上記遠心分離流路を構成する面のうち、上記中心軸に対して反対側にある面である外側面における、上記中心軸方向に対して中央となる領域において上記遠心分離流路と連通する構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記流出入部から流入した流体は、上記遠心分離流路において、その主流方向が、上記中心軸方向に対して垂直な水平面上にあることになる。すなわち、流体の流量が最も多い主流方向と同じ水平面上に流出入部が存在するため、流出入部から塵埃が排出されやすい構成とすることができる。
　本発明に係る流体測定装置において、上記中心軸を含む平面による断面において、異なる流路同士が連通する接続部の輪郭形状における少なくとも１つの角部が、面取りされている、または、曲線形状によって丸められている構成であってもよい。
　上記構成によれば、上記接続部を通る流体の流れが安定する。従って、上記接続部における流体の速度および方向の変化を抑制することができる。
　ところで、流体測定装置のユーザは、該流体測定装置の外部環境における流体の速度および方向を知りたい場合がある。
　そこで、本発明に係る流体測定装置は、上記検出部から流体の速度および方向のデータを取得し、該データに対する演算を行うことによって、外部環境における流体の速度および方向を出力する演算部をさらに備える構成であってもよい。
　ところで、測定を実施する外部環境に対してどのような向きで流体測定装置を設置したとしても、その向きによらず、該外部環境における流体の方向を絶対方位に基づいて検出できることが好ましい。
　そこで、本発明に係る流体測定装置は、絶対方位を検出する方位検出部をさらに備え、
　上記演算部は、上記方位検出部によって検出された絶対方位と、上記検出部によって検出された流体の方向とに基づいて、外部環境における流体の方向として絶対方位を基準とする方向を出力する構成であってもよい。
　本発明に係る流体測定装置は、流体の温度を検出する温度検出部および流体の湿度を検出する湿度検出部の少なくともいずれか一方をさらに備え、上記演算部は、検出された温度および湿度の少なくともいずれか一方のデータ、ならびに、上記流体の速度および方向のデータに基づいて演算を行い、環境状態の指標データを出力する構成であってもよい。
　上記構成によれば、流体の温度および湿度の少なくともいずれか一方と、流体の速度および方向とに基づいて、例えば外部環境の快適度のような環境状態の指標データをユーザに提供することができる。
　尚、発明を実施するための形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
　本発明は、流体の速度および方向を検出する流体測定装置に使用することができる。特に、クリーンルームにおけるダウンフロー監視、データセンタにおけるエアフロー監視、工場および事業場における空調および快適性の監視、家庭における空調、換気状態、および快適性の監視のために使用することができる。
　１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、２００、３００、３００ａ　流体測定装置
　１０３１　流出入部
　１０３２ａ、１０３２ｂ、２０３２、３０３２、３０３２ａ、３０３２ｂ　遠心分離流路部（遠心分離流路）
　１０３３　検出部流路部（検出部流路）
　１０４２　演算部
　１０４３　検出部
　１０４３ａ、１０４３ｂ　検出素子（検出素子部）
　１０４４　温湿度センサ（温度検出部／湿度検出部）
　１０４５　方位センサ（方位検出部）

Claims (12)

  1. 　流体に接触することにより該流体の速度および方向の少なくともいずれか一方を検出する検出部と、
    　所定の中心軸上に中心を有する円の円周上に設けられ、当該流体測定装置の外部との間で流体が流出入する流出入部と、
    　上記中心軸を中心とする環状の流路からなり、該環状の流路に平行な円周上に設けられた接続部によって上記流出入部と連通する遠心分離流路と、
    　上記遠心分離流路に平行な円周上に設けられた接続部によって該遠心分離流路と連通し、上記中心軸を通る位置に上記検出部が設けられる検出部流路とを備えることを特徴とする流体測定装置。
  2. 　上記検出部流路は、上記遠心分離流路を構成する面のうち、上記中心軸側にある面である内側面において上記遠心分離流路と連通していることを特徴とする請求項１記載の流体測定装置。
  3. 　上記流出入部は、上記遠心分離流路を構成する面のうち、上記中心軸に対して反対側にある面である外側面に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の流体測定装置。
  4. 　上記検出部は、流体の一軸方向の速度を検出する２つの検出素子部で構成され、該２つの検出素子部は、上記流体の一軸方向の速度を検出する軸同士が互いに直交するように配置され、かつ、上記検出部流路の方向に対して垂直方向において互いに対面していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の流体測定装置。
  5. 　上記検出部は、流体の一軸方向の速度を検出する２つの検出素子部で構成され、該２つの検出素子部は、上記流体の一軸方向の速度を検出する軸同士が互いに直交するように配置され、かつ、上記検出部流路について同じ側に、かつ、上記検出部流路の方向に隣接していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の流体測定装置。
  6. 　上記遠心分離流路は、半径がそれぞれ異なる複数の環状の流路を含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の流体測定装置。
  7. 　上記検出部流路には、上記検出部と接触する位置における上記検出部流路の断面積を、それ以外の位置における上記検出部流路よりも小さくするための絞りが設けられていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の流体測定装置。
  8. 　上記流出入部は、上記遠心分離流路を構成する面のうち、上記中心軸に対して反対側にある面である外側面における、上記中心軸方向に対して中央となる領域において上記遠心分離流路と連通することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の流体測定装置。
  9. 　上記中心軸を含む平面による断面において、異なる流路同士が連通する接続部の輪郭形状における少なくとも１つの角部が、面取りされている、または、曲線形状によって丸められていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の流体測定装置。
  10. 　上記検出部から流体の速度および方向のデータを取得し、該データに対する演算を行うことによって、外部環境における流体の速度および方向を出力する演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の流体測定装置。
     
  11. 　絶対方位を検出する方位検出部をさらに備え、
    　上記演算部は、上記方位検出部によって検出された絶対方位と、上記検出部によって検出された流体の方向とに基づいて、外部環境における流体の方向として絶対方位を基準とする方向を出力することを特徴とする請求項１０記載の流体測定装置。
  12. 　流体の温度を検出する温度検出部および流体の湿度を検出する湿度検出部の少なくともいずれか一方をさらに備え、
    　上記演算部は、検出された温度および湿度の少なくともいずれか一方のデータ、ならびに、上記流体の速度および方向のデータに基づいて演算を行い、環境状態の指標データを出力することを特徴とする請求項１０または１１記載の流体測定装置。
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