JPH05157759A - サーミスタを用いた風速検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーミスタの個数を減らした簡単な回路構成
で風速検知を行う。 【構成】 １個の負特性サーミスタに小電流を流して該
サーミスタの降下電圧の測定により周囲温度を検出する
第１の処理と、上記サーミスタに上記小電流より大きな
電流を流すことで該サーミスタを自己発熱させる第２の
処理と、を交互に繰り返し、第１の処理の終了直前の測
定電圧と、第２の処理を終了し第１の処理を開始した直
後の測定電圧との差が所定値以上か否かを比較すること
により風速の大小を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーミスタを用いた風
速検知方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーミスタを自己発熱させた場合、周囲
の風速が大きいほど熱放散が多くなるのでサーミスタの
温度上昇の度合が低くなる。また、周囲の風速が小さい
ほど熱放散が少なくなるのでサーミスタの温度上昇の度
合が高くなる。したがって、これを利用し、自己発熱さ
せた状態でのサーミスタの温度を検出することにより、
風速を検知することができる。

【０００３】図６は、サーミスタを自己発熱させた場合
の、風速有りのときと風速無しときのサーミスタの温度
上昇の様子を示している。この図に示すように、風速が
ゼロのときには最終的なサーミスタ温度θｔｈは、周囲
温度θｍに自己発熱による上昇温度Δθａをプラスした
温度となる。また、風速がゼロでないときの最終的なサ
ーミスタ温度θｔｈは、周囲温度θｍに自己発熱による
上昇温度Δθｂ（Δθｂ＞Δθａ）をプラスした温度と
なる。

【０００４】ところで、自己発熱させた場合のサーミス
タ温度θｔｈは、周囲温度θｍと自己発熱による上昇温
度Δθの関数となる。したがって、サーミスタを用いて
風速を検知する場合には、周囲温度θｍを知って温度補
償してやる必要がある。

【０００５】従来のサーミスタによる風速検知方法で
は、自己発熱用のサーミスタの他に周囲温度検出用のサ
ーミスタを設けて、後者のサーミスタにより前者の検出
出力を温度補償している。その例としては、実開昭６３
−１７３８１９号公報に示すものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の風速検知方
法では、自己発熱用のサーミスタと周囲温度検知用のサ
ーミスタの２個のサーミスタを用いているので、コスト
高で、回路も複雑化するという問題を有していた。

【０００７】本発明は、使用するサーミスタの個数を減
らし、簡単な回路構成で風速検知を行う方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の風速検知方法
は、上記の課題を解決するためになされたもので、１個
のサーミスタに小電流を流して該サーミスタの降下電圧
の測定により周囲温度を検出する第１の処理と、上記サ
ーミスタに上記小電流よりも大きな電流を流すことで該
サーミスタを自己発熱させる第２の処理と、を交互に繰
り返し、上記第１の処理の終了直前の測定電圧と、上記
第２の処理を終了し第１の処理を開始した直後の測定電
圧との差が所定値以上か否かを比較することにより風速
の大小を判定することを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記のサーミスタとして、負特性のサーミスタ
を用いた場合を例にとって作用を説明する。上記第１の
処理の終了直前において、サーミスタの温度は、周囲温
度と同等の安定した値となる。したがって、この時点で
のサーミスタの降下電圧は周囲温度に対応した値とな
る。

【００１０】また、第２の処理を開始すると、その開始
の時点からサーミスタは徐々に自己発熱し、温度が上昇
する。したがって、温度の上昇に伴なってサーミスタの
抵抗値が減少し、サーミスタの降下電圧が小さくなる。
このときサーミスタが空気流を受けていると、サーミス
タの温度が空気流による放散熱と自己発熱と釣り合うと
ころで平衡状態になる。この状態で、第２の処理が終了
して第１の処理に切り替わる。そうすると、第１の処理
を開始した直後においては、サーミスタは前の第２の処
理の余熱により周囲温度よりも高い温度となっており、
降下電圧もその温度に対応した値となる。

【００１１】この時点でのサーミスタの温度は、前の第
２の処理での風速の影響を受けて平衡状態にあった温度
に近い温度であるから、風速の影響をよく反映してい
る。風速が大きければサーミスタの温度は余り高くな
く、風速が小さければサーミスタの温度は高い。すなわ
ち、風速が大きければサーミスタの温度が余り高くない
からサーミスタの抵抗値が大きく、そのため降下電圧が
高くなる。また、風速が小さければサーミスタの温度が
高いからサーミスタの抵抗値が小さく、そのため降下電
圧が低くなる。

【００１２】したがって、第１の処理の終了直前に測定
した周囲温度相当の降下電圧と、第２の処理を終了して
第１の処理を開始した直後に測定した降下電圧の差を取
り、この差が所定値以上か否かを比較することにより風
速の大小を判定することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は、実施例の風速検知方法を実行する
装置のブロック図である。この図において、１はマイク
ロコンピュ−タを中心に構成された処理装置であり、Ｔ
Ｈはサーミスタである。サーミスタＴＨは、風速測定の
ため空気流を受ける位置に配置されている。

【００１４】このサーミスタＴＨは、負特性サーミスタ
であり、一端が接地され、他端Ａが抵抗ＲＳを介して定
電圧源ＶＣＣ１に接続されている。サーミスタＴＨの他
端Ａは、また抵抗ＲＰ及び、処理装置１からの駆動信号
によりＯＮ−ＯＦＦ制御されるトランジスタＴｒを介し
て定電圧源ＶＣＣ２に接続されている。そして、このサ
ーミスタＴＨの他端Ａの電圧（サーミスタＴＨの降下電
圧）が、Ａ／Ｄコンバータ２を介してマイクロコンピュ
−タに入力されるようになっている。なお、ここでは抵
抗ＲＰ、ＲＳ、定電圧源ＶＣＣ１、ＶＣＣ２が、次の関
係にある。 ＲＰ＜ＲＳ ＶＣＣ２≧ＶＣＣ１

【００１５】処理装置１は、トランジスタＴｒを所定時
間毎にＯＮ−ＯＦＦさせ、図２に示すように処理１（第
１の処理）と処理２（第２の処理）を交互に繰り返す。
処理１においては、トランジスタＴｒがＯＦＦとなり、
定電圧源ＶＣＣ２側から電流の供給を受けないので、小
さな電流がサーミスタＴＨに流れて、サーミスタＴＨの
他端側のＡ点の電圧（以下、「サーミスタ電圧Ｖｔｈ」
という）は周囲温度に対応した値となる。

【００１６】次の処理２においては、トランジスタＴｒ
がＯＮとなり、定電圧源ＶＣＣ２側から電流の供給を受
け、大きな電流がサーミスタＴＨに流れて、サーミスタ
ＴＨが自己発熱する。この時点では大きな電流が流れる
ので、サーミスタ電圧Ｖｔｈが一旦上昇する。

【００１７】サーミスタＴＨが自己発熱すると、サーミ
スタＴＨの温度上昇に伴なってサーミスタＴＨの抵抗値
が小さくなり、サーミスタ電圧Ｖｔｈが下降する。ここ
でサーミスタＴＨの温度は、放熱量と発熱量のバランス
により決まる。放熱量は風速の１／２乗に比例するの
で、風速が大きいほどサーミスタＴＨの温度は低い位置
で平衡状態になり、風速が小さいほどサーミスタＴＨの
温度は高い位置で平衡状態になる。なお、サーミスタＴ
Ｈの温度が１５０℃を越えた場合（電圧Ｖｔｈで判断す
る）は、サーミスタ保護のため強制的にトランジスタＴ
ｒをＯＦＦするようになっている。

【００１８】処理２を終了した後、処理１を開始する
と、その最初の段階では前回の処理２の自己発熱による
余熱が残っているので、サーミスタＴＨの抵抗値が依然
低い値となり、サーミスタ電圧Ｖｔｈも低い値となる。
この場合、風速が大きければ余熱は少ないので、サーミ
スタＴＨの抵抗値が大きな値となり、サーミスタ電圧Ｖ
ｔｈは高目の値となる（図２中に一点鎖線で示す）。ま
た、風速が小さければ余熱が多いので、サーミスタＴＨ
の抵抗値が小さな値となり、サーミスタ電圧Ｖｔｈは低
目の値となる（図２中に二点鎖線で示す）。そして、余
熱が冷めるのに従って、サーミスタＴＨの抵抗値が常温
レベルに戻り、サーミスタ電圧Ｖｔｈが上昇する。以
降、これを繰り返す。但し、処理１を行う時間ｔｏｆｆ
と、処理２を行う時間ｔｏｎは、サーミスタＴＨの時定
数の５〜１０倍としてあり、各処理の終了近くでは必ず
安定した温度になるように設定されている。

【００１９】一方、処理装置１は、上記のようにトラン
ジスタＴｒをＯＮ−ＯＦＦさせて処理１、処理２を交互
に実行するのに伴なって、サーミスタ電圧Ｖｔｈをサン
プリングする。サンプリングは、処理１の終了直前と、
処理２を終了して処理１を開始した直後の２点で行う。
ここでは前者を第１サンプリング、後者を第２サンプリ
ングとする。第１サンプリングは周囲温度を検出するた
めのもの、第２サンプリングは風速を検出するためのも
のである。

【００２０】そして、これらのサンプリング値に基づ
き、処理装置１は周囲温度と風速を算出する。例えば、
図２に示すように、第１サンプリングによるサンプリン
グ値をＳ１、Ｓ３、第２サンプリングによるサンプリン
グ値をＳ２とすると、処理装置１は、サンプリング値Ｓ
１とＳ３の平均をとって周囲温度とする。また、その平
均をとった値から、サンプリング値Ｓ２を引き算した値
Ｋを風速判定のパラメータとする。Ｋを式で表すと、次
のようになる。 Ｋ＝〔（Ｓ１＋Ｓ３）／２〕−Ｓ２ …（１）

【００２１】周囲温度は上記のように平均をとるので、
サーミスタＴＨの自己発熱動作中の周囲温度変化に対応
することができる。また、風速は、上記パラメータＫの
大きさにより判定する。ここでは、判定条件ｖｓを周囲
温度、つまり(Ｓ１＋Ｓ２)／２の関数として、 Ｋ ＞ ｖｓ・〔（Ｓ１＋Ｓ３）／２〕 …（２） ならば、風速＜Ｕｓと判定する。また、 Ｋ ≦ ｖｓ・〔（Ｓ１＋Ｓ３）／２〕 …（３） ならば、風速≧Ｕｓと判定する。

【００２２】つまり、処理２を終了して処理１を開始し
た直後のサンプリング値Ｓ２が所定の基準値よりも、大
きければ（＝サーミスタ温度が低ければ）風速が大きい
と判定し、小さければ（＝サーミスタ温度が高ければ）
風速が小さいと判定するのである。この場合の判定条件
である関数ｖｓは、風速Ｕｓに応じて求めておく。そう
することにより、段階的に風速の大小を判定することも
できる。

【００２３】上記の（１）式を一般化すると、 Ｋｎ ＝〔（Ｓ_2n-1＋Ｓ_2n+1）／２〕−Ｓ_2n …（４） となり、それにならって（２）、（３）式を一般化する
と、 Ｋｎ＞ ｖｓ・〔（Ｓ_2n-1＋Ｓ_2n+1）／２〕 …（５） Ｋｎ≦ ｖｓ・〔（Ｓ_2n-1＋Ｓ_2n+1）／２〕 …（６） となる。但し、ｎ＝１，２，３，…である。なお、「２
ｎ−１」としたのは、検知処理を開始したら最初に処理
１を行うので、第１サンプリングが奇数回目になり、第
２サンプリングが偶数回目になるからである。そして、
パラメータＫｎが（５）式を満足する場合は、風速＜Ｕ
ｓであり、（６）式を満足する場合は、風速≧Ｕｓと判
定する。

【００２４】実際の処理では、上記の演算を連続して複
数回繰り返して統計的に最終的な判定結果を出力するの
が望ましい。

【００２５】以上のように、１個のサーミスタＴＨに周
囲温度検出動作（処理１）と自己発熱動作（処理２）を
交互に繰り返して行わせることにより、周囲温度の変化
に拘らず風速を検出することができる。

【００２６】次に、この風速検知方法の適用例について
簡単に説明する。この風速検知方法は、空調装置に用い
られるフィルタの目詰まり検知に有効である。図３は空
調装置に適用した場合の構成を示す。フィルタ１０の下
流側に風速検知センサとしてのサーミスタＴＨが配置さ
れ、その下流側に送風ファン１１が配置されている。サ
ーミスタＴＨには処理装置１を含むコントローラ１２が
接続され、このコントローラ１２上に警報ランプ１３が
装備されている。

【００２７】この装置では、サーミスタＴＨの電圧によ
り風速を検知し、風速が所定値以下になったら、フィル
タ１０の目詰まりが生じたものと判断して警報を発す
る。

【００２８】また、この風速検知方法は、オゾン発生式
の脱臭殺菌装置のファンロックの検知に有効である。図
４は同装置に適用した場合の構成を示す。２０はオゾン
発生電極、２１は集塵電極、２２は送風ファンであり、
風速検知用のサーミスタＴＨは、送風路中に配置されて
いる。この装置では、風速が落ちると、ファン２２が断
線あるいはロックしたと判断して、制御装置２３がオゾ
ン発生電極２０への電圧印加を停止する。

【００２９】また、風速検知を段階的に行い得る場合に
は、空調装置の各部の故障、例えばフィルタの目詰ま
り、吹出口の閉故障、ファンストップ故障等を区別して
判定することも可能である。図５は、その場合の判定処
理のフローチャートを示している。判定処理のプログラ
ムがスタ−トすると、まずステップ１０１で、サーミス
タ電圧が正常かどうかを判断し、正常の場合はステップ
１０２に進んで、風速（風量）が正常かどうかを判定す
る。

【００３０】ステップ１０１でサーミスタ電圧が正常で
ないと判断した場合、及びステップ１０２で風速が正常
と判断した場合は、最初のステップに戻る。ステップ１
０２で風速が正常でないと判断した場合は、ステップ１
０３で風速の大きさによりフィルタの目詰まりか、吹出
口が閉故障しているか、ファンストップ故障かを判定
し、最初のステップに戻る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の風速検知
方法においては、１個のサーミスタに自己発熱動作と周
囲温度検出動作を交互に行わせて風速検知を行うので、
サーミスタの個数が１個で足り、回路構成も単純化す
る。したがって、低コストで周囲温度の影響を受けない
風速検知を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の方法を実現する装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】同実施例の方法を実行した際のサーミスタ電圧
の変化の様子を示す図である。

【図３】本発明の適用例を示す構成図である。

【図４】本発明の他の適用例を示す構成図である。

【図５】本発明の適用例における処理内容を示すフロー
チャートである。

【図６】サーミスタの自己発熱による温度上昇の様子を
示す説明図である。

【符号の説明】

１ 処理装置 ＴＨ サーミスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １個のサーミスタに小電流を流して該サ
   ーミスタの降下電圧の測定により周囲温度を検出する第
   １の処理と、上記サーミスタに上記小電流よりも大きな
   電流を流すことで該サーミスタを自己発熱させる第２の
   処理と、を交互に繰り返し、上記第１の処理の終了直前
   の測定電圧と、上記第２の処理を終了し第１の処理を開
   始した直後の測定電圧との差が所定値以上か否かを比較
   することにより風速の大小を判定することを特徴とする
   サーミスタを用いた風速検知方法。