JPH03261889A - 風速センサ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は形状の小さい（熱容量の小さい）温度センサを
使って、僅かな電力で温度と風速を測定する風速センサ
に関するものである。消費電力が非常に小さくなる結果
、空調機などの遠隔操作用の操作器内にこのセンサを組
込んで電池で駆動させることも可能となり、操作者が自
分のいる場所の状況によって空調機の制御ができるよう
になる。

又クリンルームやクリンベンチのＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ　
　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　
　Ａｉｒ）フィルタの目詰まりの検知用として、又相手
との接触を感知する接触センサとしても利用の道がある
。

〔従来の技術〕

温度センサを利用した風速センサとしては白金やタング
ステン線を使った熱線風速計、あるいはサーミスタや熱
電対にヒータを絶縁して取り付けたものをセンサとする
傍熱形のセンサを使って、冷却の度合いから風速を検知
する方式のものが従来から使われてきた。前者では指向
性の点から、後者では応答速度の点に難があり、近年は
直接サーミスタを使った定温度方式の風速計が多く使わ
れるようになっている。

しかし、直熱形を含め、従来技術による方法ではセンサ
部を常時加熱状態にしているため、消費電力が大きく、
電源に電池を使って長期間使用することは不可能であっ
た。

第１図はサーミスタ風速計の模式的構造図を比較して図
示したものであり、第１図（ａｌは従来方式の構成例、
第１図（ｂ）は新方式の構成例である。従来から使用さ
れている温度センサを用いた風速計では、たとえばサー
ミスタ風速計の場合は第１図（ａ）のように２個のサー
ミスタ１０．１１を用い、風感部素子ｌＯには常時大き
い電流を流して温度を上げ、風による冷却の度合いを調
べるのに対し、温度補償素子１１の側には大きい電流を
流さないようにして、風温を検知させ、温度補償の目的
で使用している。

上記のように従来の技術によれば、消費電力が極端に大
きくなり遠隔操作の操作器の中にセンサを組込んで使用
することができないので、エアコンなどの機器本体の中
に組込まざるを得す、それでは人の居住場所での状態に
よってエアコンの制御を行うことは不可能である。特に
風は場所によって流れの差が大きいので、どうしても人
が実際にいる場所の状況によって制御することが望まし
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は１本の温度センサを使って、温度と風速
を僅かな消費電力で測定する風速センサを提供するもの
で、これによって遠隔制御をする装置の操作器内にセン
サを組込みことが可能となる。

本発明の風速センサには＋１１　１個のセンサで風速と
風温を検知させ、経済的にセンサ部を構成されているこ
と、（２）僅かな消費電力で長時間の使用に耐えること
の２つの大きい特徴がある。

本発明の目的はこの特徴を生かして、エアコンなどの遠
隔操作用の操作器の中にセンサを組み込んだ風速センサ
を提供することである。

従来の熱的センサを使った風速センサではセンサの温度
を上げるため連続して数１０ｍＷの電力を消費し、しか
も温度補償のため別のセンサを使うのが普通であったが
、本発明の風速センサではセンサは１個のみを使用し、
間欠的に電圧を変化させ高い電圧を印加したときには風
速を、低い電圧のときには温度を検知させる。これによ
って、たとえばエアコンの遠隔操作の操作器の中にセン
サを組み込み、温度だけでなく、空気の流れを検知して
心地良い空調を達成できるという特徴がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の構成は以下に示す通りである。即ち、本発明は
、 感熱素子をセンサとする風速センサにおいて感熱素子に
印加される電圧を間欠的に変化させ、高い電圧を印加し
てセンサを加熱する時間を短かく、低い電圧を印加して
センサが加熱されない時間を長くするようにセンサ回路
の電圧をパルス的に変化させることによって電源の容量
が小さくなるように作られたことを特徴とする風速セン
サとしての構成を有し、或いは、 前記風速センサにおいて電圧レベルが低いときに該セン
サを温度センサとして機能させ、パルス的に印加される
高い電圧の状態のときのセンサの状態の変化から風速の
信号を得て風速を検知することを特徴とする風速センサ
としての構成を有し、或いは、 前記風速センサ。（３）前記風速センサにおいて高い電
圧を印加してセンサの出力が最高になったときとのセン
サからの信号電圧の差△Ｖ０．．の大きさによって風速
を検知することを特徴とする風速センサとしての構成を
有し、 或いはまた、 前記風速センサにおいて、センサにパルス的に加えられ
た高い電圧によってセンサが加熱され、高い電圧が急激
に再び元の低い電圧にもどったとき、センサからの出力
が再び元の出力の状態に戻るまでの時間によって風速を
検知することを特徴とする風速センサとしての構成を有
し、或いはまた、 前記風速センサにおいて、センサにパルス的に高い電圧
を加えたとき、センサの加熱速度をはかって風速の信号
とすることを特徴とする風速センサとしての構成を有し
、或いはまた、 前記風速センサにおいて、センサに感熱素子を１個のみ
使用し、風温と風速を検知するように構成したことを特
徴とする風速センサとしての構成を有するものである。

〔作　　用〕

第２図は本発明による風速センサの基本回路図であり、
第３図は第２図の回路を使用した風速測定の原理説明図
である。

第２図のようにサーミスタＲア、２０を一辺にもつブリ
ッジを構成させ、電池を電源とするＥボルトの電源２１
に接続する。抵抗Ｒ８２２に対してはＲ５２２と比較し
て充分に抵抗値が低い抵抗ＲＱ２３を図のようにタイマ
ーの接点５Ｗ１２４と直列に接続したものを並列に接続
しておく。

Ｒ，，２０とＲ５２２の接続点Ａと、抵抗Ｒ＋　２５、
Ｒ７２６の接続点Ｂとの間の信号を出力信号Ｖ、、、２
７とする。

風速の測定は間欠的に行うこととして次のように考える
。タイマーＳＷ、２４がＯＦＦのときＲＴ、２０、Ｒ，
２２、Ｒ１２５、Ｒ１２６のブリッジはバランスして出
力Ｖ、□　２７が０であると仮定する。

風速測定時、始めにタイマー５ＷＩ２４が動作して５Ｗ
１２４がＯＮになったとすると、Ｒｓ＞ＲＱの関係があ
るので、Ａ点の電位は急激に低くなり、第３図■のよう
に出力は大きくマイナスに振れる。同時にＲＱ２３が低
くなったため、サーミスタＲ７，２０に流れる電流は急
増し、ジュール熱によってサーミスタＲ□、２０の温度
が上がり始める。このときの上昇のカーブ■は雰囲気の
温度と風速によって変わってくる。

タイマー５ＷＩ２４がＯＦＦになると、温度上昇して抵
抗が低くなっているサーミスタＲ０２０と抵抗Ｒ５２２
が直列に接続された状態となり、サーミスタＲ’ｒｂ２
０を流れる電流が激減するのでサーミスタＲ０２０の発
熱は殆んどなくなり、同時にＲ０２０の抵抗が低くなっ
ているのでＡ点の電位が■で示すようにプラス側に振ら
れる。その時サーミスタＲｔｂ２０の温度は雰囲気より
高くなっているので、雰囲気の温度との差及びサーミス
タＲＴｂ２０周辺の風によって冷却され、タイマーＳＷ
、２４の動作時以前の状態に復帰する。温度が決まって
いれば冷却速度は風速によって定まり、タイマーＳＷ＋
２４がＯＮになったときの加熱の状態（Ｈのカーブの変
化が示している）は風速によって決まるので、タイマー
ＳＷ、２４がＯＦＦになったときの△Ｖ　ｏ　ｓ　ｔの
大きさは風速によって沃まるという関係にある。

従って　（１）　　タイマー５Ｗ１２４がＯＦＦになっ
たときの第３図中に図示された△Ｖ、□の大きさから風
速を検知できる。（２）　　タイマーＳＷＩ　２４がＯ
ＦＦになった後、出力Ｖ　ａ　ｍ　ｌが再びゼロになる
までの時間から風速を検知できる。（３）　　タイマー
ＳＷ、２４がＯＮになった後のＨの部分における電圧の
変化の割合いから風速が検知できる。

これら、（１）、（２）、（３）のいずれかの方広によ
って風速を知ることができる。この方法は風速の検知を
必要に応じて１分間に１回とか、５分間に１回と云うよ
うに間欠的に行えばよいので、エアコン等での風速の制
御を遠隔操作の手元の操作器の中にサーミスタを組込ん
で行うことができる。

〔実　施　例〕

第４図は本発明による実施例としての風速センサの基礎
実験回路図である。

基礎的データをとる目的で第４図のような値で実験を行
った。

サーミスタＲ０２０には０℃で・７．４１６にΩ、０°
Ｃと１００℃間で計算したＢの値が３３５０にΩのもの
を使用した。

Ｒ２２６の抵抗にはデイケード抵抗を使用し、各雰囲気
温度ごとにタイマー５ＷＩ２４がＯＦＦのとき出力Ｖ、
、、２７がセロになるようにＲ，２５を調整した。

Ｒ＋２５には５．２４７にΩの抵抗を使用し、Ｒｓ＝ｌ
ＯｋΩ、ＲＱ＝０．０５にΩ、電源ＥにはＤＣ２，５Ｖ
を用いた。各温度でＶ、、、−ＯＶにするためのＲ７２
６の値はっぎの第１表のとおこのようにして、タイマー
５ＷＩ２４がＯＮになる前（ＳＷＩ２４がＯＦＦの状態
）にゼロバランスをとってタイマーＳＷ、２４がＯＮに
なる時間を１０秒に設定して実験した結果を第５図に示
す。

以上の結果かられかるように、風速に対して△Ｖ　ｅ　
ｕ　ｔか温度によって異った値をとるので、△Ｖ６、に
ついて温度補償をしなければならない。

第３図に示した回路ではタイマー５ＷＩ２４がＯＮにな
る前にブリッジのバランスをＲ２２６を用いて調整した
が、実際の回路ではタイマーのＳＶＶ＋２４がＯＮにな
る前の出力と、ＯＦＦになった直後のＶ、□２７との差
をすばやく読みとって△Ｖｏ１の値として使用すればよ
いので、マイクロコンピュータを使用した回路ではわざ
わざ回路のゼロバランスを温度補償素子１１（第１図（
ａ）参照）を用いてとってやる必要はない。

それぞれの風速の場合について各温度での△■・□の比
をとってその平均値を求めると第２表のようになる。

温度補償は△Ｖ、、の信号を増幅後に行うので、増幅率
１０倍の増幅回路の出力のデータとして第表では表示し
ている。

第２表　各風速での出力に　する温度の影響第７図の回
路は今まで述べた方法を用いて気流を検知する場合の実
施例である。

マイクロコンピュータによるタイマーによって駆動され
る５Ｗ１８０がＯＦＦの状態のときアンプ７１の出力か
ら温度を検知し、５Ｗ１８０がＯＮのときにはアンプ７
２の出力の状態の変化から風速の信号をとり出すように
構成される。

第７図においてＲｏは風速、温度検知用として働く本発
明の使用法によるサーミスタ７０である。

アンプ７１の回路は温度検知用の回路で温度はＲｔｈ７
０、ＲＱ７３、Ｒ１７４及びＲ２７５で構成されるブリ
ッジ回路部で検出される。アンプ７２の回路は風速検知
用回路のものでＲ９７０、ＲＱ７３とＲ，７６、ＲＭ７
７、及びＲＮ７８とＲＡ７９　（ＲＢ　、　Ｒｃ　、　
Ｒｏ　、ＲＥも含む）で構成されるブリッジ部で風速が
検知される。

アンプ７１及びアンプ７２の出力はＡ／Ｄ変換されマイ
クロコンピュータに入力され、風速の信号はたとえば第
２表の比の平均値を参考にして温度補償が行われ、温度
に殆んど関係ない風速の信号に変換される。

Ｓ　Ｗ　＋の接点８０はマイクロコンピュータによるタ
イマーによって駆動され、電源の電池の容量を考えて適
当に選ばれた間欠時間方式で０Ｎ−ＯＦＦされる。

ブリッジ回路のＲａ　、Ｒｃ　、Ｒｏ　、ＲＥの抵抗は
アンプ７１の出力の温度の信号からマイクロコンピュー
タの出す指令によって開閉され、その時の温度によって
第１表で示したＲ２２６の値（第７図では７８．７９に
相当する）を作り出すように作用させるためのものであ
る。これによって△Ｖ、、、の検出に当って電圧のレベ
ルが余り大きく変動しないで、殆ど一定の電圧レベルの
ところを中心にして△Ｖ　ａ　ｍ　ｌが検出できるよう
になる。

今までに述べた△Ｖ０．１を測定して風速を検知するこ
との他に、第３図に図示するようにタイマー５ＷＩ８０
がＯＦＦとなってからサーミスタ７０が始めの温度に冷
却されるまでの時間を用いる方法や、タイマーＳＷ＋８
０がＯＮになったとき、サーミスタ７０が加熱されて抵
抗が低くなってゆく速度をｄ　Ｖ、、ｌ　／ｄ　ｔの大
きさから判断する方法などを用いてもよい。

〔発明の効果〕

従来の風速センサはたとえば風感部に常時電流を流して
おき、その端子電圧の変化から風速を検知するか、ある
いは風速の変化によりサーミスタの温度が変化したとき
、直ちにサーミスタに流れる電床を変化させて温度を元
に戻す定温度方式の回路のサーミスタに流れる電流から
風速の信号を得ていた。従って大きい電力が継続的に必
要であり、小容量の電池で駆動することは実用的に無理
であった。

本発明はたとえばクーラー等の遠隔操作器の中に風速セ
ンサを組込んで気流の速さのレベルを判断させ、自動的
に快適な気流を保持させるなどの目的に風速センサを応
用する道を開くものである。

加えて、センサの構造自体を非常に小形で簡単な構造の
ものとすることが出来るので、機械的に又経済的に使用
分野を拡大させる効果がある。

エアコンのように連続したデータを必要とせず、１分お
きとか５分おきとかの風速のデータがあればよいという
ような使用分野での経済的効果は非常に大きい。

また、使い方によってはセンサを先端につけて、物に触
れていないときと触れているときの△Ｖ　ｏ　ｕ、の差
から先端が物に触れたかどうかの判定にも使用できる。

また、この発明では第１図のＡに示すように１本にサー
ミスタだけしか使用しないので、小形化が可能な上、経
済性にすぐれている。

本発明の風速センサには（１）１個のセンサで風速と風
温を検知させ、経済的にセンサ部を構成されていること
、（２）僅かな消費電力で長時間の使用に耐えることの
２つの大きい特徴がある。

本発明の目的はこの特徴を生かして、エアコンなどの遠
隔操作用の操作器の中にセンサを組み込んだ風速センサ
が可能となった。従来の熱的センサを使った風速センサ
ではセンサの温度を上げるため連続して数１０ｍＷの電
力を消費し、しかも温度補償のため別のセンサを使うの
が普通であったが、本発明の風速センサではセンサは１
個のみを使用し、間欠的に電圧を変化させ高い電圧を印
加したときには風速を、低い電圧のときには温度を検知
させる。これによって、たとえばエアコンの遠隔操作の
操作器の中にセンサを組み込み、温度だけでなく、空気
の流れを検知して心地良い空調を達成できるとようにな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方式（Ａ）と新方式（Ｂ）のセンサ部の模
式的構造例であり、 第２図は基本回路図を示し、 第３図は風速測定の原理図を示し、 第４図は基礎実験回路図を示し、 第５図は第４図の回路を使用した実験の結果を示し、 第６図は風速をパラメータとした雰囲気温度と出力変化
（△Ｖ、、、　）の関係を示し、第７図は本発明による
気流センサの実施例としての回路構成図を示す。 ｌＯ・・・風感部素子、１１・・・温度補償素子、２０
゜７０・・・サーミスタＲｔ１２１・・・電源（Ｅボル
ト）、２２．７６−・・抵抗Ｒ５，２３，７ ２４，８０・・・接点スイッチＳＷ１ 、）、２５．７４・・・抵抗Ｒ１，２ Ｒ２，２７・・・出力信号Ｖ、、、　、？（ＩＣＩ）、
７２・・・オペアンプ（ ・・・抵抗ＲＭ、７８・・・抵抗ＲＮ、７３・・・抵抗
ＲＱ、 （タイマーＳＷ ６．７５・・・抵抗 ｌ・・・オペアンプ ＩＣ２）、７７ ９・・・抵抗ＲＡ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）感熱素子をセンサとする風速センサにおいて感熱
   素子に印加される電圧を間欠的に変化させ、高い電圧を
   印加してセンサを加熱する時間を短かく、低い電圧を印
   加してセンサが加熱されない時間を長くするようにセン
   サ回路の電圧をパルス的に変化させることによって電源
   の容量が小さくなるように作られたことを特徴とする風
   速センサ。
2. （２）前記風速センサにおいて電圧レベルが低いときに
   該センサを温度センサとして機能させ、パルス的に印加
   される高い電圧の状態のときのセンサの状態の変化から
   風速の信号を得て風速を検知することを特徴とする前記
   請求項１記載の風速センサ。
3. （３）前記風速センサにおいて高い電圧を風速センサに
   印加する直前と、高い電圧を印加してセンサの出力が最
   高になったときとのセンサからの信号電圧の差△Ｖ＿ｏ
   ＿ｕ＿ｔの大きさによって風速を検知することを特徴と
   する前記請求項２記載の風速センサ。
4. （４）前記風速センサにおいて、センサにパルス的に加
   えられた高い電圧によってセンサが加熱され、高い電圧
   が急激に再び元の低い電圧にもどったとき、センサから
   の出力が再び元の出力の状態に戻るまでの時間によって
   風速を検知することを特徴とする前記請求項１記載の風
   速センサ。
5. （５）前記風速センサにおいて、センサにパルス的に高
   い電圧を加えたとき、センサの加熱速度をはかって風速
   の信号とすることを特徴とする前記請求項１記載の風速
   センサ。
6. （６）前記風速センサにおいて、センサに感熱素子を１
   個のみ使用し、風温と風速を検知するように構成したこ
   とを特徴とする前記請求項１記載の風速センサ。