JPH0529873B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の流体速度を測定する流体速度
測定用プローブに関し、更に詳しくはゲルマニウ
ム単結晶の小片の温度変化に伴なう抵抗値の変化
を利用した流体速度測定用プローブである。

〔従来の技術〕

従来、流体速度測定装置として、センサにタン
グステンや白金等のコイルを利用した熱線風速計
が存在する。

これは、タングステンや白金等のコイルで構成
したセンサに電圧を印加して一定温度を維持する
ように設定し、流体速度の変化による前記コイル
の電気抵抗の変化に伴なう電圧、電流または電力
の変化に基づいて流体速度の測定を行うものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような風速計にあつては、コイルが折損し
やすく、取扱いや寿命の点で問題を有するもので
あり、また、各センサに特性のばらつきが生じる
ために、センサの特性に応じてデータの較正を必
要とする等の問題点を有するものである。

このような問題点に鑑みて、本願出願人が特開
昭61−84563号公報に開示した「流体速度測定方
法及びその装置」がある。

ここで開示した装置は、単結晶ゲルマニウムの
小片からなるセンサに電圧を印加して、流体との
接触によるセンサの温度変化に伴つて変化する抵
抗値に基づいて、電圧、電流または電力に変換し
て流体速度の測定を行うものであり、タングステ
ンや白金等のコイルを利用した熱線風速計の取扱
いや寿命の問題点を解決するとともに、センサの
特性のばらつきを抑えるという利点を有するもの
である。

更に、本願出願人は、実願昭61−140965号にお
いて、「流体速度測定用プローブ」を提示した。

これは、ゲルマニウム単結晶でなるセンサを電
気絶縁性の外被材で球形に外被して、流体の流れ
の方向に対するセンサの指向特性を少なくするも
のであつた。

本発明は、上記発明並びに考案を更に改良し
て、流体の流れの方向とセンサとがなす角度によ
るセンサの出力の変化を極力なくし、センサの設
置される方向に精度を必要とせず、取扱いが簡単
で、測定データの較正を必要としない流体速度測
定用プローブを提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記本発明の目的を達成する為に、長
さ方向に貫通孔を有する略棒状体からなる基台
と、該基台の長さ方向先端に設けられるゲルマニ
ウム単結晶の小片からなるセンサと、該センサを
内包するとともに、流体案内用開口部を有し、前
記センサより後方に位置して通気孔を有するダク
トと、前記センサに電気的に接続され、前記基台
の貫通孔に配設されるリード線と、よりなり、前
記センサに前記リード線を介して電圧を印加し、
流体との接触によるセンサの抵抗値変化を電流ま
たは電圧または電力に変換することを特徴とする
流体速度測定用プローブ；並びに、長さ方向に貫
通孔を有する略棒状体からなる基台と、該基台の
長さ方向先端に取付けられる断熱性の支持体と、
前記基台と背設して前記支持体に取付けられるゲ
ルマニウム単結晶の小片でなるセンサと、該セン
サに電気的に接続され、前記基台の貫通孔に配設
されるリード線と、前記センサを略球形に外被す
る外被材と、前記センサを内包するとともに、流
体導入用開口部を有し、前記センサより後方に位
置して通気孔を有するダクトと、よりなり、前記
センサに前記リード線を介して電圧を印加し、流
体との接触によるセンサの抵抗値変化を電流また
は電圧または電力に変換することを特徴とする流
体速度測定用プローブを構成するものである。

〔作用〕

本発明に係る流体速度測定用プローブは、上述
のようにしてなり、ダクトの開口部を流体の流れ
に向けて設置し、リード線を介してセンサに電圧
を印加して、センサの温度を一定に保持し、セン
サの流体との接触によつて変化する抵抗値を電圧
または電流または電力に変換して、これに基づい
て流体の速度を測定するものである。

〔実施例〕

本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明
する。

第１図は本発明に係る流体速度測定用プローブ
に用いられるプローブ本体の説明図である。

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、例えば、0.3mm×0.3mm×
1.5mm程度の大きさでなるものである。

２は、センサ１の長さ方向の一端に固着された
支持体であり、該支持体２は電気絶縁性であると
ともに、断熱性に優れた材料を用いたもので、例
えば、エポキシ樹脂を0.3mm×0.3mm×2.0mm程度の
直方体に形成したものを用いるが、材質はこの他
の合成樹脂、セラミツク、ガラス等特に限定され
るものではない。

３は、長さ方向先端に支持体２が取付けられる
断熱性の棒状体でなる基台であり、ここではセラ
ミツク製の棒状体を用いており、直径約３mm、長
さ約100mm程度の円柱状のもので、図示しないが
長さ方向に貫通孔を有するものである。

４ａ，４ｂは、センサ１の１つの側面の上端部
と下端部に蒸着等によつて取付けられた金、銀ま
たは白金等の電気良導体でなるリード線であり、
このリード線４ａ，４ｂはそれぞれ支持体２の側
面に沿つて延設され、基台３の貫通孔内に配設さ
れる。

５は、センサ１を略球形に外被する外被材であ
り、該外被材５は少なくとも電気絶縁製の材料で
あれば、各種のものが利用でき、例えば、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等が
採用される。

このように構成されたプローブ６は、前述した
実願昭61−140965号に提示した流体速度測定用プ
ローブと同様のものであり、これを直流電圧30V
に抵抗300Ωを介して直列に接続し、プローブ６
の端子間電圧Ｅを測定した。

この時の外部条件は、風速5m／sec一定とし、
第２図に示すように、矢印で示す流体の流れの方
向とセンサ１の長さ方向が平行になる状態の角度
αを０度として、角度αが０度〜180度の範囲で
プローブ６の端子間電圧Ｅを測定し、縦軸をプロ
ーブ６の端子間電圧Ｅ、横軸を角度αとした結果
を第３図に示す。

即ち、角度αが45度〜90度の範囲で端子間電圧
Ｅは略一定であり、センサ１が外被材５によつて
略球形に外被されている為、センサ１の長さ方向
の軸回りに同一特性を示す。

第４図は、本発明に係る流体速度測定用プロー
ブの第１実施例の説明図である。

７は、プローブ６の基台３の直径と略同一の内
径を有し、プローブ６の長さより大なる長さを有
する内部中空パイプ状のダクトであり、該ダクト
７はその後端をプローブ６の基台３の後端に位置
させ、前端はプローブ６のセンサ１の先端より前
方に位置させて開口部８が形成され、センサ１、
支持体２及び基台３を被覆するものである。

また、このダクト７の材質としては、ステンレ
ススチール製のパイプを用い、例えば、直径3.8
mm（肉厚0.3mm）、長さ110mmのものを用いるが、
材質その他特に限定されるものではない。

９は、ダクト７の側壁に設けられた通気孔であ
り、ダクト７がプローブ６を被覆した時に、セン
サ１の後端と基台３の前端の中間部に位置して、
穿設されるものであり、例えば、直径1.5mmの大
きさで、ダクト７の径の中心を軸として等角度で
４カ所設けられるもので、この大きさ、数は特に
限定されるものではない。

このようにした本発明の第１実施例は、ダクト
７の後端をプローブ６の基台３の後端に位置させ
た状態でダクト７とプローブ６の基台３とをエポ
キシ樹脂等を利用して固着し、ダクト７の先端を
流体の流れの方向に向けるとともに、リード線４
ａ，４ｂを介してセンサ１に電圧を印加して使用
するもので、ダクト７の先端より流入した流体は
プローブ６のセンサ１に接触した後、通気孔９か
ら流出するが、この時、流体との接触によるセン
サ１の抵抗変化に伴なう電圧または電流または電
力の変化を測定することによつて流体速度を測定
するものである。

上述のプローブ６の実験と同様にして、流体の
流れとセンサ１の長さ方向とのなす角度αと、プ
ローブ６の端子間電圧Ｅとの関係を第５図に示
す。

第５図によれば、角度αが−30度〜30度の範囲
で、略同一の電圧値を示している。

即ち、プローブ６だけの場合には、センサ１の
長さ方向の端面における面積は、側面の面積より
も小さい為、センサ１の長さ方向を流体の流れに
向けた場合には、その感度が下がり、第３図のよ
うな特性を示すものと思われるが、本発明の第１
実施例の如く、ダクト７を設けた場合には、ダク
ト７の開口部８によつて案内された流体がセンサ
１の端面に接触し、かつセンサ１の側面にも接触
しえ、通気孔９より流出する為、プローブ６の端
子間電圧Ｅは、センサ１及びダクト７の長さ方向
と流体の流れとのなす角度αが少なくとも、−30
度〜30度の範囲で、角度αに左右されないものと
思料される。

よつて、この第１実施例では、センサ１の先端
方向から向かつてくる流体に対して、安定的な出
力を示すこととなり、センサ１が略球形に外被さ
れていることから、流体の流れの方向とセンサ１
の長さ方向の角度が少なくとも30度（センサ１の
長さ方向の延長線からの角度）以内において、流
体速度の測定は、正確に行うことが可能となるも
のである。

即ち、プローブ６を内包するダクト７の前端
を、おおまかな見当で流体の流れの方向に向ける
だけで、流体速度の測定ができ、検出したデータ
の較正をする必要のない流体速度測定用プローブ
を提供することが可能となるものである。

また、ダクト７がセンサ１、支持体２を保護し
ている為、プローブの損傷を防ぐことができ、取
扱いが容易となるものである。

第６図は、本発明に係る流体速度測定用プロー
ブの第２実施例の説明図である。

６は本発明の第１実施例に用いたものと同様の
プローブである。

１０は、一端はプローブ６の下端に位置し、他
端はセンサ１の下端に位置して、支持体２及び基
台３を被覆し、基台３の直径と略同一の内径を有
する内部中空パイプ状の垂直支持部１１の上端
に、センサ１を内包し、垂直支持部１１に接続さ
れる位置の側壁に通気孔１３を有する内部中空パ
イプ状の水平ダクト部１４の長さ方向略中間部を
取付けてなる略Ｔ字型ダクトである。

このダクト１０は、本発明の第１実施例のダク
ト７と同様に、ステンレススチール製のパイプを
用いることとするが、この材質は特に限定される
ものではない。

このダクト１０の垂直支持部１１に上述のプロ
ーブ６を挿入して、センサ１を水平ダクト部１４
内に位置するように設定する。

センサ１は、外被材５によつて略球形状に外被
されており、センサ１の長さ方向の軸回りには指
向性の偏りをなくしているものであるが、念のた
めに、一定速度の流体を水平ダクト部１４の開口
部１２より流入させながら、基台３を回転し、最
適の出力が得られる位置にセンサ１を設定し、ダ
クト１０の垂直支持部１１とプローブ６の基台３
とをエプロン樹脂等を利用して固着する。

このようにした本発明の第２実施例は、ダクト
１０の水平ダクト部１４の開口部１２を流体の流
れの方向に向け、第１実施例と同様にセンサ１に
電圧を印加する。

ダクト１０の水平ダクト部１４の開口部１２か
ら流入した流体は、プローブ６のセンサ１に接触
して、抵抗熱を奪うとともに、一部は水平ダクト
部１４に設けた通気孔１３から流出し、一部は水
平ダクト部１４の後端の開口部から流出する。

本発明の第２実施例は、流体が最初にセンサ１
の側面に接触するが、前述したように、センサ１
の側面の面積は長さ方向の端面の面積より大きい
為、流体がセンサ１の長さ方向の端面に最初に接
触する第１実施例の場合よりも感度は高くなる。

このことは、ダクト１０の水平ダクト部１４の
長さ方向と流体の流れとがなす角度をαとした時
に、得られた電圧特性を示す第７図によつて明ら
かである。

即ち、ダクト１０の水平ダクト部１４の長さ方
向と流体の流れとのなす角度αが、少なくとも−
30度〜30度の間で、出力電圧は略一定となり、本
発明の第１実施例と同様に、プローブの設定が容
易となり、しかも第１実施例の場合よりも高い出
力電圧が得られるものである。

このことによつて、本発明の第２実施例は、ダ
クト１０の水平ダクト部１４の前端に設けた開口
部１２を、ほぼ流体の流れの方向に向けることに
よつて、流体速度の測定を確実に行うことが可能
となり、プローブの方向設定に精度を必要としな
いので、扱いが簡単になるものである。

また、高い出力電圧が得られるので、高い測定
精度が得られるものである。

また、ダクト１０として、水平ダクト部１４の
開口部１２と反対側のダクト部を省略して、略逆
Ｌ字型のパイプを利用することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明に係る流体速度測定用プローブは、上述
のようにしてなり、プローブを内包するダクトの
開口部を流体の流れの方向に設定することによ
り、ダクトの開口部によつて案内された流体がセ
ンサに接触し、センサの長さ方向と流体の流れと
がなす角度による電圧特性の変化を少なくし、流
体速度の測定を確実に行うことが可能となり、プ
ローブ設置の方向に精度を要しないという利点を
有するものである。

また、ダクトの開口部から流入した流体は、ダ
クトの側面に設けた通気孔から流出して、ダクト
内部に滞留しないので、測定に誤差を生じるおそ
れもない。

また、タングステンや白金等のコイルを使用し
た熱線風速計等における折損の問題、出力データ
の較正等の問題点を解消したことはいうまでもな
いことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る流体速度測定用プローブ
に用いられるプローブの説明図、第２図は本発明
に係る流体速度測定用プローブに用いられるプロ
ーブの実験説明図、第３図は本発明に係る流体速
度測定用プローブに用いられるプローブの方向−
電圧特性図、第４図は本発明に係る流体速度測定
用プローブの第１実施例の説明図、第５図は本発
明に係る流体速度測定用プローブの第１実施例の
方向−電圧特性図、第６図は本発明に係る流体速
度測定用プローブの第２実施例の説明図、第７図
は本発明に係る流体速度測定用プローブの第２実
施例の方向−電圧特性図である。 １……センサ、２……支持体、３……基台、４
……リード線、５……外被材、６……プローブ、
７……ダクト、８……開口部、９……通気孔、１
０……ダクト、１１……垂直支持部、１２……開
口部、１３……通気孔、１４……水平ダクト部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長さ方向に貫通孔を有する略棒状体からなる
   基台と、 該基台の長さ方向先端に設けられるゲルマニウ
   ム単結晶の小片からなるセンサと、 該センサを内包するとともに、流体案内用開口
   部を有し、前記センサより後方に位置して通気孔
   を有するダクトと、 前記センサに電気的に接続され、前記基台の貫
   通孔に配設されるリード線と、 よりなり、前記センサに前記リード線を介して電
   圧を印加し、流体との接触によるセンサの抵抗値
   変化を電流または電圧または電力に変換すること
   を特徴とする流体速度設定用プローブ。 ２ 長さ方向に貫通孔を有する略棒状体からなる
   基台と、 該基台の長さ方向先端に取付けられる断熱性の
   支持体と、 前記基台と背設して前記支持体に取付けられる
   ゲルマニウム単結晶の小片でなるセンサと、 該センサに電気的に接続され、前記基台の貫通
   孔に配設されるリード線と、 前記センサを略球形に外被する外被材と、 前記センサを内包するとともに、流体導入用開
   口部を有し、前記センサより後方に位置して通気
   孔を有するダクトと、 よりなり、前記センサに前記リード線を介して電
   圧を印加し、流体との接触によるセンサの抵抗値
   変化を電流または電圧または電力に変換すること
   を特徴とする流体速度設定用プローブ。 ３ ダクトとして、一端は前記センサの前方に位
   置して流体導入用開口部を形成し、他端は前記基
   台の後端に位置するように前記センサ、前記支持
   体及び前記基台を被覆し、前記センサと前記基台
   の前端との略中間部に位置して通気孔を有し、前
   記基台の直径と略同一の内径を有するパイプを利
   用してなる特許請求の範囲第２項記載の流体速度
   測定用プローブ。 ４ ダクトとして、一端は基台の下端に位置し、
   他端はセンサの下端に位置して、支持体及び基台
   を被覆し、前記基台の直径と略同一の内径を有す
   る内部中空パイプ状の垂直支持部の上端を、前記
   センサを内包し、一端に流体導入用開口部を形成
   し、前記センサの位置及び前記センサの後方に位
   置する側壁に通気孔を有する内部中空パイプ状の
   水平ダクト部の側壁に取付けてなるパイプを利用
   してなる特許請求の範囲第２項記載の流体速度測
   定用プローブ。 ５ ダクトとして、略Ｔ字型のパイプを利用して
   なる特許請求の範囲第２項または第４項記載の流
   体速度測定用プローブ。 ６ ダクトとして、略逆Ｌ字型のパイプを利用し
   てなる特許請求の範囲第２項または第４項記載の
   流体速度測定用プローブ。