JPH0439577Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は各種液体や気体の流れる速度あるいは
粒体や粉体の移動速度を測定する流体速度測定用
プローブに関し、更に詳しくは、流体の速度及び
流体の流れの方向をも測定することを可能にした
ものに関する。

〔従来の技術〕

ゲルマニウムには、ある温度領域を越えると抵
抗値が一定関数に従つて減少するという温度−抵
抗特性がある。

特願昭59−207780号及び実願昭61−57682号の
流体速度測定用プローブは、この温度−抵抗特性
を利用して、ゲルマニウム単結晶の小片からなる
センサに電圧を印加して一定温度に昇温させ、流
体との接触による温度変化に伴つて変化する抵抗
値を電流、電圧または電力に変換して、これを測
定することによつて流体の速度を測定するもので
ある。

上記流体速度測定用プローブのうち実願昭61−
57682号の実施例に於いて示されたものとして、
第４図に示すように電気絶縁体であるとともに断
熱性に優れたセラミツク、ガラス等の無機材料ま
たは合成樹脂等からなる支持体ｂの上端面にゲル
マニウム単結晶の小片でなる直方体状のセンサａ
の長さ方向の側面中央部を接着剤等を介して固着
して、支持体ｂの両側を導電率の高い金属製の支
柱ｃで挟持し、この支柱ｃを下端面で流体の力に
充分耐え得る太さの電気絶縁物の基台ｄ上面に立
設させた流体速度測定用プローブが存在する。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記流体速度測定用プローブで、流体の流れの
方向を測定する為には困難な点があつた。

これは、上記流体速度測定用プローブが、流体
の方向に対して、センサが一様に応答し、流体の
方向に対して出力値の変化が少ない為と思われ
る。

そこで、本考案は上記問題点に鑑み、センサの
出力を支持体ｂの長さ方向の軸回りの流体の流れ
の方向に応じて変化させて、流体の方向及び速度
の測定を可能にした流体速度測定用プローブを提
供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成せんとして、基台上面に支柱を
立設し、該支柱に取付けられる電気絶縁体でなる
略棒状の支持体の上端面に、ゲルマニウム単結晶
の小片を直方体にしたセンサの長さ方向の一つの
側面の中央部を固着し、該センサの支持体を固着
した側面に隣接する長さ方向の何れか一方の側面
に合成樹脂層を形成し、前記センサに電圧を印加
して流体との接触による温度変化に伴い変化する
抵抗値を電流、電圧又は電力量の変化に変換し、
流体の速度を測定する流体速度測定用プローブを
提供する。

〔作用〕

上述のように、センサの長さ方向の一方の側面
に合成樹脂層を形成し、支持体の長さ方向を軸と
する流体の流れの方向に対して、センサの合成樹
脂層を形成した面がなす角度により、変化する出
力に基づいて、流体の流れの方向を測定でき、且
つ流体の速度を測定することも可能にしたもので
ある。

〔実施例〕

本考案の流体速度測定用プローブの実施例を図
面について説明する。

第１図は、本考案に係る流体速度測定用プロー
ブの実施例の説明用斜視図である。

図中１はゲルマニウムの単結晶を直方体にした
センサで、このセンサ１の長さ方向の一側面２の
両端に金、銀、銅または白金等の導電率の高い金
属片を固着して電極３ａ，３ｂとなし、この電極
３ａ，３ｂから後述の支持体側面または支柱に接
続されるリード線４ａ，４ｂを引き出し、電極３
ａ，３ｂを設けた側面２と隣接する長さ方向の何
れか一方の側面の全体に合成樹脂層５を設けたも
のである。

この合成樹脂層５はエポキシ樹脂、シリコン樹
脂、アニリン樹脂、フエノール樹脂、ポリエステ
ル樹脂、ウレタン樹脂等の合成樹脂を塗布して作
成したもので、これらの合成樹脂を採用する理由
は後述の実験結果から定められた。

６はセンサ１の電極３ａ，３ｂを設けた面の中
央に接着剤層７を介して上端が固着された棒状の
支持体で、該支持体６は電気絶縁材であるととも
に断熱性に優れたセラミツクを棒状に形成したも
のである。

但し、他にガラス等の無機材料または合成樹脂
等を使用してもよい。

８ａ，８ｂはステンレス等の導電率が高く且つ
腐食する可能性が少ない金属製円筒を基台９に平
行に立設した支柱で、この支柱８ａ，８ｂ上端よ
りやや下側に支持体６の下端を位置せしめ、支持
体６を支柱８ａ，８ｂにリード線４ａ，４ｂとと
もに導電性接着剤で接着または半田付等して固着
している。

基台９は前記支柱８ａ，８ｂを固定するもの
で、上端面が平坦な円筒形でその内部は支柱８
ａ，８ｂと接続される線材が設けられている。

但し、支柱８ａ，８ｂは測定精度をより高める
ためのものであり、流体の種類や流速によつて
は、強固に支持体６を支持する必要があり、その
場合は基台９と一体に形成することが考慮され
る。

このように構成することにより、支持体６回り
からの全方向に対して流体速度の検出を可能とす
るとともに、センサ１の中央部で両極を分割する
ためにセンサ１の両端での抵抗値のばらつきがな
くなり、測定誤差を少なくする。

上記流体速度測定用プローブの電流経路につい
て説明すると、センサ１の電極３ａ，３ｂ間に電
圧を印加すると、電流の往路は支柱８ａ→リード
線４ａ→センサ１、復路はセンサ１→リード線４
ｂ→支柱８ｂと流れる。

次に、熱経路について説明すると、電圧が印加
され、センサ１は抵抗熱を発生し昇温される。

この抵抗熱が支持体６を介して支柱８ａ，８ｂ
にも熱伝導されてセンサ１の温度が下がり、流速
や方向測定に誤差が生じるのを支持体６と支柱８
ａ，８ｂの接触面を極力小さくすることにより防
止している。

この誤差を小さくしたことは気流の速度変化に
対して応答速度をも上げたことを意味する。

また、流体の方向が支柱８ａ，８ｂの下方から
センサ１方向に設定されているときには、支持体
６の表面によつて流体が集中してセンサ１の下面
へ案内されることがあるが、図例の如く、支柱８
ａ，８ｂの間に流体通過用の空間を形成してなる
場合には、流体は装置後方へ通過し、支持体６表
面による集中的案内が防止され、流体の流れの方
向による測定誤差の発生を防止する。

上記プローブを用いた実験を次に示す。

第１実験例 第１実験例は使用するプローブの構成として、
センサ１はゲルマニウム単結晶を0.6mm×0.6mm×
４mmの略直方体に形成したものを用い、支持体６
を長さ５mm、支柱８ａ，８ｂを直径0.5mm長さ6.5
mmとし、また合成樹脂層５としてエポキシ樹脂を
用いる。

第２図ａで示される電源電圧を30Vで400Ωの
抵抗を介してセンサに接続した直列抵抗回路を用
い、気流温度が21℃一定条件の下で、気流速度を
１〜10m／ｓに変化させ、センサ１の端子電圧を
グラフ上にプロツトしたものが第２図ｃである。

但し、第２図ｂに示す如く、気流がセンサ１の
合成樹脂層５面に対して直角に到来してくる場合
をＡとし、合成樹脂層５と背設する面に直角に到
来してくる場合をＢとし、端面１０に対し直角に
到来してくる場合をＣとしている。

この風速−出力電圧特性図からＣの出力が最も
小さくあらわれ、Ａの出力がＢの出力よりも大き
く、Ａの場合の方がＢの場合よりも良く冷えるこ
とを意味している。

この原因は合成樹脂層５に直接当たる気流によ
る影響よりも、渦状になつて背面に当たる気流の
影響の方が大きいことに起因していると思われ
る。

いずれにしても、第２図ｃの特性図から気流が
合成樹脂層５を形成した側面に対して前方、後
方、側方の何れの方向から来るか区別することが
できることを実験結果から知見できた。

また、第２図ｄは支持体６の長さ方向を軸とし
た時の軸に直交する面と流体の流れの方向とがな
す角度を30度に設定した場合の出力特性図であ
る。

この出力特性図から、流体の流れの方向がセン
サ１の軸方向の傾きをもつている場合にも、少な
くともその傾斜角度が30度において出力の大きさ
に相違はあるが、ほぼ流体の流れの向きは、合成
樹脂層５を形成した側面に対して後方、前方、側
方の区別ができることが判明した。

尚、合成樹脂層５の素材にその他の素材を使用
した結果、出力の大小はあつたが、概ね同様な特
性を示した。

第２実験例 第３図ａは実験に使用したプローブを使用
し、一定速度（5m／ｓ）の気流中で支持体６の
長さ方向を軸にして回転させて、回転角度を横軸
にとり、出力電圧を縦軸にして、センサ１の端子
間電圧をプロツトした。

但し、端面１０に対して直角に気流が到来する
角度を０度にして、反時計方向に回転する側をマ
イナス側とし、時計方向に回転する側をプラス側
としている。

この実験結果を示す第３図ａから、出力特性は
０度を境に略対称形であるが、合成樹脂層５を形
成した側面に気流が到来する側（−90度〜０度）
の出力が合成樹脂層５を形成した側面と背設する
側面に気流が到来する側（０度〜90度）の出力よ
りやや大きいことが判断される。

なお、第３図ａを０度近傍で拡大した図を第３
図ｂに示す。

第３図ｃは、支持体６の長さ方向を軸とした時
の軸に直交する面と流体の流れの方向がなす角度
を30度に設定した状態で、第３図ａの場合と同様
に支持体６の長さ方向を軸にして回転させた出力
特性図である。

この第３図ｃによれば第３図ａよりも出力特性
曲線は緩慢ではあるが方向特性は充分に判断でき
る。

以上の実験例１，２より合成樹脂層を片面に形
成することにより、気流の方向に対して変化する
出力を得ることができ、風速測定ができるととも
に、風向測定が可能になつたのである。

また、センサ１がゲルマニウム単結晶の小片か
らなることから、熱線風速計と比して丈夫であ
り、センサ１全体を合成樹脂で外嵌し、一側面の
み厚く合成樹脂を塗布し、合成樹脂層５を形成す
ることによつて、水等の導電性の流体の速度、方
向をも測定可能になることはいうまでもない。

〔考案の効果〕

以上でなる本考案に係る流体速度測定用プロー
ブは、センサの長さ方向の一つの側面に合成樹脂
層を形成し、該合成樹脂層に向かつて到来してく
る流体と他の側面に到来してくる流体との出力の
変化により、流体が何れの方向から到来してくる
か測定するとともに、流体の速度をも併せて測定
することができる。

また、実施例に示すように、支持体を二本の支
柱間で挾持せしめて支持体と支柱の接触面積を小
さくすることにより、センサの熱が支柱に逃げる
ことを極力防止して流体速度の測定誤差を減少さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る流体速度測定用プロー
ブの実施例の斜視図、第２図ａは実験に使用した
直列抵抗回路、第２図ｂは実験を行つた流体の流
れの方向を示す説明図、第２図ｃは流体速度−出
力電圧特性図、第２図ｄはセンサを流体の流れの
方向に対して30度傾斜させた状態の流体速度−出
力電圧特性図、第３図ａは支持体の長さ方向を軸
にして回転させた場合の回転角度−出力電圧特性
図、第３図ｂは第３図ａの回転角度０度近傍を拡
大した回転角度−出力電圧特性図、第３図ｃはセ
ンサを流体の流れの方向に対して30度傾斜させた
状態において支持体の長さ方向を軸にして回転さ
せた場合の回転角度−出力電圧特性図、第４図は
従来例を示す斜視図である。 １……センサ、２……側面、３ａ，３ｂ……電
極、４ａ，４ｂ……リード線、５……合成樹脂
層、６……支持体、７……接着剤層、８ａ，８ｂ
……支柱、９……基台、１０……端面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 基台上面に支柱を立設し、該支柱に取付けら
   れる電気絶縁体でなる略棒状の支持体の上端面
   に、ゲルマニウム単結晶の小片を直方体にした
   センサの長さ方向の一つの側面の中央部を固着
   し、該センサの支持体を固着した側面に隣接す
   る長さ方向の何れか一方の側面に合成樹脂層を
   形成し、前記センサに電圧を印加して流体との
   接触による温度変化に伴い変化する抵抗値を電
   流、電圧又は電力量の変化に変換し、流体の速
   度を測定する流体速度測定用プローブ。 ２ 支柱が、基台上面に離間して平行立設される
   二本の電気良導体の金属柱でなり、該支柱間に
   支持体を挾持してなる実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の流体速度測定用プローブ。