JPH0439578Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は気体、液体、粒体および粉体の移動速
度を測定する流体速度測定用プローブに関し、更
に詳しくは無指向性の流体速度測定用プローブに
関する。

〔従来の技術〕

従来、流体速度測定用プローブはセンサとして
白金線を利用し、この白金線の抵抗熱が流体との
接触に伴い温度変化をし、この温度変化に応じて
変化する抵抗値を測定するものであつた。

また、当該出願人が特願昭59−207780号で開示
したゲルマニウム単結晶を利用したものがある。

これは、ある温度領域を越えるとゲルマニウムの
抵抗値が一定関数に従つて減少する特性 を利用
したもので、ゲルマニウム単結晶の小片をセンサ
とし、これに電流を流して一定温度に昇温させ、
該昇温したセンサを流体に接触させることにより
流体の速度変化に応じてセンサが温度変化をし、
抵抗値が変化する。

このセンサの抵抗変化に伴つて変化する電流、
電圧または電力の測定をすることによつて流体の
速度を測定するものである。

上記の流体速度測定用プローブは、第３図に示
す如く、ゲルマニウム単結晶でなる直方体状のセ
ンサａを、略同一の端面を有する電気絶縁性且つ
断熱性に優れた材料でなる支持体ｂの上面に接着
剤等を介して固着し、センサａの両極から引き出
したリード線ｄ，ｅを支持体ｂの両側に固着し、
流体り速度に充分に耐えうる支柱ｃの上に立設し
たものであつた。

〔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は熱線風速計の持
つ問題点を解消したものであるが、支持体ｂと支
柱ｃとの接合面積が大きく、昇温したセンサａの
熱が支持体ｂを介して支柱ｃに逃げてしまい、セ
ンサａの温度が低下し、それに伴つて、負特性の
ゲルマニウムの特性から、抵抗値、電力消費量、
発熱量が増加し、測定誤差が生じるという問題点
があるうえに、ゲルマニウム単結晶の小片でなる
センサａを直方体状にしている為、流体の流れの
方向に対して複雑な指向特性を示すという要因が
考えられる。

このような問題点に鑑み、本考案は支持体と支
柱の接触面積を小さくするとともに、ゲルマニウ
ム単結晶の小片を合成樹脂で球状に外被して、可
能な限りセンサの熱を支柱に逃がさず、且つ流体
の流れの方向に対して無指向的に速度測定誤差の
少ない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、素材が電気良導体
でなる二本の支柱を基台上面に互いに離間して平
行に立設し、該二本の支柱間に略棒状の断熱性の
材料でなる支持体を、上端が支柱上端より上方に
位置し、かつ下端が基台上面から離間して固着
し、該支持体の上面にゲルマニウムの単結晶の小
片でなるセンサを取付けてなり、少なくとも、セ
ンサを電気絶縁性の外被材で球形に外被し、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、電圧または電
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、ゲルマニウム単結晶の小片を外
被材で球状に外被した為、センサが軸対称にな
り、軸回りから来る流体に対しては、無指向性と
なるとともに、平行配置された二本の支柱で支持
体側面を挾持して取付けることにより、支柱と支
持体の接触面積が小さくされる為、昇温されたセ
ンサの熱が支持体を介して支柱に熱伝導されて流
体速度の測定に誤差が生じるのを極力防止してい
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り、図中１は外形
が直方体のゲルマニウム単結晶の小片でなるセン
サで、このセンサ１の１つの側面の上端部と下端
部に金、銀または白金等の電気良導体でなるリー
ド線２ａ，２ｂを蒸着する等して固着している。

但し、センサ１の形状は球、円筒等の各種のも
のが採用され得るものであり、特に限定されるも
のではない。

３は、センサ１の長さ方向の一端にエポキシ樹
脂等の接着剤層４で固着された支持体で、該支持
体３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。

５ａ，５ｂ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後述の基台
上端面に平行に立設した支柱で、前記支持体３は
この支柱５ａ，５ｂ上端よりやや下側に下端を位
置せしめ、リード線２ａ，２ｂとともに支柱５
ａ，５ｂ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。

６は基台で、各種流体に対して強度的に耐え得
る素材であればよく、金属、硬質合成樹脂等の内
部中空の素材を使用している。

この基台６の端面に前記支柱５ａ，５ｂを固定
するもので、基台６の内部には支柱５ａ，５ｂと
接続される線材が設けられている。

７は絶縁性の外被材で、この外被材７で図例の
如くセンサ１を球状に外被するとともに、支持体
３及び支柱５ａ，５ｂを外被するもので、センサ
１の長さ方向に対して軸対称になし、センサ１の
長さ方向の軸回りに対する指向性を無くすことを
図つている。

ここに使用される外被材７は、少なくとも電気
絶縁性の材料であれば各種のものが利用でき、た
とえばエポキシ樹脂、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またはセラミツクやガラス等
の無機物が採用される。

しかして、上記流体速度測定用プローブの電流
経路は、例えば陽極をセンサ１の上端側とし、陰
極を下端側として、この両極に電圧を印加すると
往路は支柱５ａ→リード線２ａ→センサ１、復路
はセンサ１→リード線２ｂ→支柱５ｂ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３を介して支柱５ａ，５ｂ
に熱伝導されてセンサ１の温度が下がり、流体速
度の測定値に誤差が生じる場合があるが、支持体
３と支柱５ａ，５ｂの接触面を極力小さくしてい
る為、この測定誤差の生じるのを極力防止してい
る。

またセンサ１を軸対称に外被した外被材７が流
体による温度低下の影響をセンサ１に均一に与
え、流体速度の測定誤差を小さくするとともに、
流体の流れの方向に影響をうけることなく出力を
とりだすことを可能にしている。

以上のことは、種々の実験結果から導きだされ
た結果であり、上記流体速度測定用プローブを使
用して、風洞内で実験した結果を以下に示す。

実験例は第２図ａに示す如く、直流電圧＋30V
に抵抗300Ωを介して直列にセンサ１を接続した
直列抵抗回路を使用し、プローブの端子間電圧を
測定した。

なお、ここに使用したセンサ１は、ゲルマニウ
ム単結晶を0.3mm×0.3mm×１mmの略直方体に形成
し、支持体３を長さ５mmにし、支柱５ａ，５ｂを
直径0.5mm長さ6.5mmのものを採用し、外被材７と
して、合成樹脂を使用して外形を球状にするとと
もに、支持体３及び支柱５ａ，５ｂを外被した。

外部条件は風速5m／ｓ一定とし、第２図ｂに
示す如く、矢印で示す気流の方向とセンサ１の長
さ方向を平行に向けた状態を０度として、支持体
３の長さ方向を０度〜180度回転させた。

第２図ｃは上記条件に基づき縦軸をプローブの
端子間電圧、横軸を回転角度として、実験結果を
プロツトしたものである。

この実験結果から、０度〜45度で急に立ち上が
り、45度〜90度の間は略一定で、90度以上で立ち
上がりよりやや緩やかな傾斜で立ち下がる。

次に、上記実験装置で、気流に対してセンサ１
の長さ方向を直交させ、かつセンサ１の長さ方向
を軸にしてプローブを回転させて、気流の速度を
測定した。

その結果は、第２図ｄに示すように、出力電圧
は略一定であつた。

尚、90度〜180度及び−90度〜−180度の出力電
圧特性は第２図ｄに示した−90度〜90度の出力電
圧特性と略対称にあらわれるので省略した。

上記の二つの実験結果から、プローブの先端方
向から来る流体に対しては、45度〜90度までは無
関係に一定出力であり、この範囲内に到来してく
る流体に対して長さ方向の軸回りに無指向である
流体速度測定用プローブが完成した。

以上のように、上記プローブはゲルマニウム単
結晶という、半導体を素材としているため、白金
線を使用した熱線風速計と比して、丈夫であるこ
とに併せて、同一形状、同一特性のものを量産す
ることが可能であることから、本考案の流体速度
測定用プローブを流体内に多数配置して、多点測
定をすることも可能であり、実験例に示す如く、
極めて簡単な測定回路で約5V（白金線では0.1V程
度）という、高出力を得ることができるのであ
る。

また、合成樹脂や無機物で外被することが可能
であるため、絶縁性を考慮することなく、水中や
雨中での測定を可能とし、流体の種類に限定され
ないという利点があうえに、素材からして低廉で
あることはいうまでもない。

〔考案の効果〕

本考案はゲルマニウム単結晶の小片を外被材で
球状に外被して軸対称になし、流体の影響による
温度変化を均一化し、軸回りから来る流体に対し
ては無指向性となるとともに、センサを断熱性に
優れた材料でなる支持体を介して二本の支柱間に
配し、ゲルマニウム単結晶の小片を支持する支持
体と支柱の接触面積を小さくしたため、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
測定誤差を少なくした流体速度測定用プローブを
完成することができたのである。

【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は実施例の実験に
使用した回路図、ｂは気流の方向に対してプロー
ブ先端を回転させる状態説明図、ｃはｂの実験結
果を示すグラフ、ｄはプローブの長さ方向を軸に
して回転させた時の出力特性図、第３図は従来例
の正面図である。 １……センサ、２ａ，２ｂ……リード線、３…
…支持体、４……接着剤層、５ａ，５ｂ……支
柱、６……基台、７……外被材。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 素材が電気良導体でなる二本の支柱を基台上
   面に互いに離間して平行に立設し、該二本の支
   柱間に略棒状の断熱性の材料でなる支持体を、
   上端が支柱上端より上方に位置し、かつ下端が
   基台上面から離間して固着し、該支持体の上面
   にゲルマニウムの単結晶の小片でなるセンサを
   取付けてなり、少なくとも、センサを電気絶縁
   性の外被材で球形に外被し、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、電圧または電力量の変
   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 支持体、支柱が外被材で外被された実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の流体速度測定用プ
   ローブ。 ３ 外被材として合成樹脂を利用してなる実用新
   案登録請求の範囲第１項または第２項記載の流
   体速度測定用プローブ。