JPH0645892Y2

JPH0645892Y2 - 流体測定用プローブ

Info

Publication number: JPH0645892Y2
Application number: JP5366791U
Authority: JP
Inventors: 善雄恩田; 惣二鈴木
Original assignee: 本田工業株式会社
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2004-11-24
Also published as: JPH04138274U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、流体測定用プローブに
係わり、更に詳しくは流体実験において供試体表面に取
付けて流体速度若しくは流体温度を測定するための流体
測定用プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流体測定用プローブ、例えば流体
速度測定用プローブは、本出願人の先願に係る特開平２
−110322号公報にて開示されている。それによれば、円
筒状の基台の先端に内部中空の支持体を取付け、該基台
及び支持体の中空部に配設し、且つ先端を支持体から若
干突出させた配線材に、ゲルマニウム単結晶の小片で形
成したセンサ素子を被覆部材で外被したプローブヘッド
を固定した構造のものであり、前記基台の長さ方向基端
には、センサ素子にリード線、配線材を介して電気的に
接続された端子を有している。

【０００３】そして、風洞実験においては、三次元的に
位置設定可能なアームを有するトラバース装置の該アー
ムに、１個又は複数個の前記プローブの基台を取付けて
流体の速度を測定するのである。通常、この種の風洞実
験では、風洞装置内に供試体を置き、前記プローブのヘ
ッドを供試体の表面から所定距離に設定し、該供試体の
表層部の流体速度を測定している。そして、前記アーム
を順次移動させて多数ポイントの流体速度を測定してい
るのが現状である。

【０００４】しかし、従来構造の流体速度測定用プロー
ブを用いる限り、トラバース装置のアームに複数個のプ
ローブを取付けたとしても、複雑な形状の供試体の多数
ポイントを全て測定するには、長時間を要するのであ
る。測定に長時間を要することは、実験効率の観点から
好ましくないばかりでなく、実験環境が変化する恐れも
あり、実験精度の観点からも好ましいとは言えないので
ある。また、従来構造の流体速度測定用プローブは、支
持体が剛性を有するので、プローブヘッドが供試体等の
物に当たった場合には、破損することがしばしば発生し
ていた。

【０００５】尚、多数ポイントを同時に測定する目的
で、複数台のトラバース装置を設置することは、風洞内
のスペースの制約があり、また当然コスト高となり、更
には流体の流れを大きく乱すことになり、現実的ではな
いのである。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】本考案は前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、流体実験において供
試体の表層部の多数ポイントの流体速度等を同時に測定
可能とすべく、従来のトラバース装置によらないで直接
供試体の表面に取付けて使用することができ、しかも支
持体に弾力復元性を持たせてプローブヘッドに物が当た
っても破損しないようになした流体測定用プローブを提
供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は、前述の課題解
決のために、底面に接着層を形成した断熱性を有する略
円錐台形状の取付台の上端中心に、弾力復元性を有する
少なくとも２本の導電線を隔離して合成樹脂で被覆した
支持体を垂設するとともに、該支持体の先端にセンサ素
子を被覆部材で外被したプローブヘッドを固定し、更に
該プローブヘッド内と前記支持体内に前記導電線の端部
をそれぞれ延長埋設し、且つ導電線の先端とセンサ素子
をリード線で接続するとともに、基端に接続した被覆線
を前記取付台から導出してなる流体測定用プローブを構
成した。

【０００８】また、前記支持体として、リン青銅製の２
本の導電線を熱硬化性合成樹脂で円柱状に被覆した支持
体を用い、更にその基部を取付台に固定した金属細管で
外被することが好ましい。

【０００９】そして、前記センサ素子として、ゲルマニ
ウム単結晶半導体の小片で形成した流体速度測定用のセ
ンサ素子や、流体温度測定用のサーミスタ温度センサ素
子を用いるのである。

【００１０】

【作用】以上の如き内容からなる本考案の流体測定用プ
ローブは、取付台の底面に形成した接着層を利用して供
試体の表面に接着して取付け、該取付台から垂設した支
持体の先端に固定したプローブヘッドを供試体表面から
所定距離に設定して、その位置での流体の諸量、例えば
流体速度や流体温度を測定するために用いるものであ
り、また同時に多数ポイントを測定する場合には、多数
の流体測定用プローブを前記同様に供試体に取付けると
ともに、供試体表面からの距離の異なった位置での測定
をするためには、支持体の長さの異なるものを複数種用
意しておけばよいのである。また、支持体は弾力性を有
するので、プローブヘッドが不意に物に当たっても支持
体が湾曲してその衝撃力を吸収し、支持体及びプローブ
ヘッドが損傷することはないのであり、そしてその弾力
復元性によって元の形状に復元するのである。そして、
取付台が断熱性を有しているので、供試体とプローブヘ
ッドとの熱伝達を遮断し、正確な測定が行えるととも
に、その形状を略円錐台となしているので、この取付台
による流体の乱れを最小限に抑制している。

【００１１】また、前記支持体として、リン青銅製の２
本の導電線を熱硬化性合成樹脂で円柱状に被覆した支持
体を用いた場合には、その弾力復元性に優れ、更に支持
体の基部を取付台に固定した金属細管で外被したことに
より、支持体の弾力復元性を備えるとともに、強度の向
上が図れるのである。

【００１２】そして、前記センサ素子として、ゲルマニ
ウム単結晶半導体の小片で形成した流体速度測定用のセ
ンサ素子を用いた場合、該センサ素子に電圧を印加する
と、センサ素子は発熱するが、流体がプローブヘッドに
接触することによりその速度に応じた熱量が放熱される
現象を利用し、温度を一定に保持する電圧又は温度変化
によって生じる抵抗値の変化を、電圧、電流又は電力に
変換し、これに基づいて流体速度を測定するものであ
る。また、流体温度測定用のサーミスタ温度センサ素子
を用いた場合には、常法どおり温度の測定が可能とな
る。

【００１３】

【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
考案の詳細を説明する。

【００１４】図１は、本考案の流体測定用プローブＰの
第１実施例を示し、図中１は取付台、２は支持体、３は
プローブヘッドをそれぞれ示している。本考案の流体測
定用プローブＰは、取付台１の中心に支持体２を垂設
し、その上端にプローブヘッド３を固定した構造を有
し、該取付台１を供試体Ａの表面に取付けて、その表面
から所定距離での流体の諸量、特に速度を測定するもの
である。

【００１５】前記取付台１は、全体の形状を略円錐台形
状となしたもので、本実施例では真鍮製で円錐台形状に
形成した基台４の中心に上下に貫通した空洞部５を形成
し、その下面に合成樹脂製の断熱板６を固着し、更に該
断熱板６の底面に両面接着シートの一面を剥がして接着
して接着層７を形成し、そして支持体２を前記空洞部５
の上部中心に垂設した状態で該空洞部５内にエポキシ樹
脂等の熱硬化性合成樹脂を充填して硬化させ、支持体２
の固定部８を形成したものである。また、前記基台４と
固定部８の上面にはその表面が流線型となるように、樹
脂モールド層９を形成することが好ましく、この樹脂モ
ールド層９は前記固定部８と一体で形成してもよいので
ある。勿論、この樹脂モールド層９は省略することがで
きる。また、前記基台４若しくは断熱板６に、後述の被
覆線を空洞部５から側部に導出するための通孔10を形成
している。ここで、取付台１の寸法は、底面の直径10ｍ
ｍ、高さ５ｍｍに設定し、底面に対する基台４の斜面の
角度を30°〜45°に設定している。

【００１６】前記支持体２は、弾力復元性に優れたリン
青銅製の導電線11を少なくとも２本以上、本実施例では
２本を隔離してエポキシ樹脂等の熱硬化性合成樹脂から
なる絶縁体12で被覆し、外形を円柱状に形成したもので
あり、上下端には導電線11，11を露出させたものであ
る。この導電線11の両端の露出部はそれぞれ取付台１と
プローブヘッド３に埋設される。前記導電線11の本数
は、プローブヘッド３に埋設する後述のセンサ素子に応
じて決定されるもので、通常は２本あれば十分である。
このように支持体２を構成することによって、該支持体
２は曲げに対して弾力復元性に優れたものとなすことが
可能である。また、本考案で用いるリン青銅は、銅約94
％、錫約６％に少量のリンを加えた材料を使用してい
る。そして、直径0.15ｍｍの導電線11，11を絶縁体12で
被覆して外径を0.8 ｍｍの支持体２となしている。

【００１７】前記プローブヘッド３は、本実施例では熱
伝導率の高い金属製で直径2.5 ｍｍの球体に形成した被
覆部材13の内部に各種のセンサ素子14を絶縁埋設したも
のであり、該被覆部材13に形成した挿入孔15に、前記支
持体２の先端に露出した導電線11，11にセンサ素子14を
リード線16，16で接続保持した状態で、該センサ素子14
を内面から離して挿入し、そしてこの挿入孔15内にエポ
キシ樹脂等の熱硬化性合成樹脂からなる絶縁材17を充填
して硬化させ、センサ素子14の固定と同時に支持体２へ
の固定を行っている。ここで、前記支持体２を構成する
導電線11，11の先端部をプローブヘッド３内に埋設して
いるので、連結強度に優れている。尚、前記被覆部材13
の挿入孔15内に絶縁材17を充填する際に、内部に気泡が
残らないように、該挿入孔15の内奥に連通する微細な貫
通孔18を形成している。また、前記被覆部材13は、銅、
アルミニウム、ニッケル、金、銀等が採用されるが、コ
ストの点、加工性の点から銅、アルミニウム、ニッケル
を使用するのが好ましく、本実施例の球体の被覆部材13
には、表面を耐食性酸化皮膜を形成したアルミニウムを
使用している。

【００１８】このように、前記取付台１に支持体２を垂
設し、その先端にプローブヘッド３を固定するが、取付
台１に支持体２を固定する際に、該支持体２を構成する
導電線11，11の基端を空洞部５内に深く挿入し、その基
端に前記通孔10に挿通した被覆線19を接続した後、固定
部８を形成する熱硬化性合成樹脂を空洞部５内に充填す
るのである。このとき、合成樹脂の一部は前記通孔10内
に侵入し、通孔10を埋めるとともに、被覆線19を固定す
るのである。勿論、この被覆線19は、取付台１の底面に
貫通させて導出させてもよく、その場合には供試体Ａに
被覆線19を通す孔を形成する。

【００１９】また、本実施例では絶縁性を有する熱硬化
性合成樹脂としてエポキシ樹脂を例示したが、それ以外
にもシリコン樹脂、アニリン樹脂、フェノール樹脂、ポ
リエステル樹脂、ウレタン樹脂等の合成樹脂が採用でき
る。更に、熱可塑性合成樹脂も使用できる。例えば、熱
可塑性合成樹脂を使用して支持体２を形成する場合、通
常の被覆線の製造方法と同様な方法で、長尺の導電線1
1，11の周囲に絶縁体12を連続的に押出し成形し、それ
を所望長さに切断し、両端部の絶縁体12を剥がして導電
線11を露出させて、支持体２を形成するのである。

【００２０】そして、前記センサ素子14としては、ゲル
マニウム単結晶にガリウムを10¹⁴原子／ｃｍ³程度ドー
プした半導体を使用し、それを0.3 ｍｍ×0.3 ｍｍ×1
ｍｍの略直方体に形成し、摂氏100 ℃で300 Ω程度の特
性を有するものである。このセンサ素子14を用いること
により、流体の速度の測定が可能となる。

【００２１】次に、図２に示した第２実施例は、前述の
第１実施例と略同じであるが、支持体２の基部を、取付
台１に固定したステンレス製の金属細管20で外被した構
造のものである。この金属細管20は、支持体２の基部に
外挿した状態で、取付台１の空洞部５内に挿入し、固定
部８の硬化と同時に該取付台１に固定するのである。こ
の金属細管20で支持体２の基部を外被することによっ
て、該支持体２の強度を高めるのであるが、該支持体２
の弾力復元性を損なわない程度の長さに設定する必要が
ある。その他の構成は第１実施例と同一であるので、同
一構成には同一符号を付して説明を省略する。

【００２２】そして、図３に示した第３実施例は、前述
の第２実施例において、プローブヘッド３の構造のみが
異なるものであり、本実施例のプローブヘッド３は、熱
伝導率の高い金属製で外径１ｍｍ、長さ2.5 ｍｍの円筒
形の被覆部材13の内部に、センサ素子14を絶縁材17で埋
設固定したものである。本実施例では前記被覆部材13と
して、ニッケルを使用している。その他の構成は第１実
施例及び第２実施例と同一であるので、同一構成には同
一符号を付して説明を省略する。

【００２３】最後に、図４に示した第４実施例は、前述
の第１実施例において、プローブヘッド３の構造のみが
異なるものであり、本実施例のプローブヘッド３は、セ
ンサ素子14として、サーミスタ温度センサ素子を用い、
それを支持体２の導電線11，11にリード線16，16で接続
した状態で、それらを合成樹脂からなる被覆部材13で球
形に外被した構造を有する流体温度測定用の流体測定用
プローブＰである。この場合、センサ素子14を合成樹脂
で一体的に埋設する方法と、図１に示したように合成樹
脂で挿入孔15を有する球形の被覆部材13を形成してお
き、この挿入孔15にセンサ素子14を挿入した後、該挿入
孔15内に合成樹脂を充填して固結する方法とが採用でき
る。その他の構成は第１実施例と同一であるので、同一
構成には同一符号を付して説明を省略する。

【００２４】しかして、第１〜３実施例に示した流体速
度測定用プローブを用いて、流体速度を測定するには、
取付台１の底面に形成した接着層７表面の剥離シートを
剥がして、供試体Ａの表面に接着して取付ける。そし
て、流体温度が一定の場合には、図５に示したような測
定回路に前記被覆線19を接続する。即ち、電圧を30Ｖに
設定した電源21から400 Ωの抵抗22を介して直列接続し
たセンサ素子14に電圧を印加する。そして、センサ素子
14の端子間電圧Ｖを測定する。このとき、各流体温度と
速度に対する端子間電圧は、グラフ若しくはテーブルと
して予めデータ取りされており、このデータに基づき流
体速度に換算するのである。この流体速度測定用プロー
ブＰを、供試体Ａの表面に多数取付けることによって、
流体速度の分布も測定できる。一般の流体実験、例えば
風洞実験においては、風洞内の流体温度は至るところで
略一定であるので、流体の温度は風洞内の適所一ヶ所で
同時に測定すればよい。この温度測定には、例えば第４
実施例で示した１個の流体温度測定用プローブを供試体
Ａの適所に取付けることで行える。

【００２５】また、流体温度が時間的に変化する場合に
は、図６に示す周知の定温度回路を使用する。即ち、流
体速度測定用プローブのセンサ素子14ａに一定電圧を印
加し、センサ素子14ａが流体との接触により温度が低下
し、上昇した電位と流体温度を検出している流体温度測
定用プローブのセンサ素子14ｂの電位をブリッジ回路23
に供給し、ブリッジ回路23は両電位の差を増幅回路24等
を介してセンサ素子14ｂにフィードバックすることによ
り、センサ素子14ａの温度を一定にするものであり、流
体速度に関するデータは前記ブリッジ回路23に供給され
る電位を測定して収集するのである。

【００２６】本考案の流体測定用プローブＰは、供試体
Ａの表面に直接取付けるものであるので、供試体Ａの表
層部の流体は該流体測定用プローブＰによって若干乱さ
れることになる。しかし、その寸法及び形状を考慮する
ことによって、その影響を排除して流体の測定を行うこ
とが可能である。図７は、プローブヘッド３が球形のも
のを示し、取付台１の高さＨ₁に対するプローブヘッド
３の高さＨ₂の比率を２倍以上に設定するとともに、取
付台１の傾斜角度αを30°〜45°に設定している。この
Ｈ₂／Ｈ₁≧２の関係は、取付台１の形状を各種設定し
て風洞実験を行った結果見出されたものであり、該取付
台１による流体の乱れが到達しない高さにプローブヘッ
ド３を位置させることを意味する。この値は、余裕を持
たせた値であり、これより若干小さくても実施可能であ
る。この取付台１の高さとプローブヘッド３の高さの関
係は、取付台１の形状にはあまり影響されないことが判
っているが、取付台１の傾斜角度αを30°〜45°に設定
するのが実用上より好ましいのである。

【００２７】また、図８に示したものは、プローブヘッ
ド３が円柱形で、支持体２に金属細管20の補強を設けた
ものであり、この場合も前記同様にＨ₃／Ｈ₁≧２の関
係があればよいが、好ましくはＨ₃／Ｈ₁≧３に設定す
る。また、傾斜角度αは前記同様である。

【００２８】図９は、本考案の流体測定用プローブＰを
供試体Ａの表面に取付けて、流体実験を行う使用状態を
示し、供試体Ａの表層を流れる流線Ｂも併せて示してい
る。このように、本考案の流体測定用プローブＰの取付
台１によって、供試体Ａの表面に近い流線Ｂはその高さ
の２倍程度は乱されるが、それより高い位置に設定した
プローブヘッド３は略層流領域になり、流体の正確な測
定が可能となる。

【００２９】ここで、本実施例に示した流体測定用プロ
ーブＰの寸法（取付台１の底面の直径約10ｍｍ、高さ約
５ｍｍ）では、流体速度が50ｍ／ｓ程度まで流体力学的
な相似則が成り立ち、各種の流体実験を行えるのであ
る。また、直径約10ｍｍの接着層７の面積があれば、上
記流体速度において十分な接着強度が得られる。尚、本
実施例では、前記接着層７を両面接着シートを取付台１
の底面に接着して形成したが、勿論他の接着手段を採用
することも可能であり、供試体Ａが磁性体の場合にはそ
の接着の概念も磁石による磁着も含めることが可能であ
る。即ち、前記取付台１の底面に磁性体を合成樹脂に分
散させて着磁した、樹脂磁石を積層することも可能であ
る。

【００３０】また、前記被覆部材13の表面に、厚さ20μ
ｍ±20％程度の四ふっ化エチレン樹脂の薄層を形成すれ
ば、該被覆部材13の防錆を確実に行えるとともに、表面
に水滴がついても撥水性を有するので水はけがよく、屋
外での測定が可能となる。特に、供試体が自動車である
場合には、実走行状態での測定が行える。

【００３１】

【考案の効果】以上にしてなる本考案の流体測定用プロ
ーブによれば、取付台の底面に形成した接着層を利用し
て供試体の表面に接着するだけで容易に取付けることが
でき、しかも該取付台から垂設した支持体の先端に固定
したプローブヘッドを供試体表面から所定距離に設定し
て、取付台による流体の乱れの影響を受けずに、その位
置での流体の諸量、例えば流体速度や流体温度を測定す
ることができるのである。また、同時に多数ポイントを
測定する場合には、多数の流体測定用プローブを前記同
様に供試体に取付けることで行え、更に供試体表面から
の距離の異なった位置での測定をするためには、支持体
の長さの異なるものを複数種用意しておけばよいのであ
る。また、支持体は弾力性を有するので、プローブヘッ
ドが不意に物に当たっても支持体が湾曲してその衝撃力
を吸収し、支持体及びプローブヘッドが損傷することは
なく、そしてその弾力復元性によって元の形状に復元す
るので耐久性の向上が図れ、極めて実用的である。そし
て、取付台が断熱性を有しているので、供試体とプロー
ブヘッドとの熱伝達を遮断でき、風洞実験による空気摩
擦等によって供試体の温度が変化しても正確な測定が行
えるとともに、その形状を略円錐台となしているので、
この取付台による流体の乱れを最小限に抑制することが
できる。更に、本考案は曲面をもつ供試体、凹凸面をも
つ供試体にも使用できるとともに、軸長の長いプローブ
が取付けられない場所の流体を測定することができる。

【００３２】また、前記支持体として、リン青銅製の２
本の導電線を熱硬化性合成樹脂で円柱状に被覆した支持
体を用いた場合には、該支持体を流体の流れに影響を与
えないように細くしても、弾力復元性に優れ、更に支持
体の基部を取付台に固定した金属細管で外被した場合に
は、支持体の弾力復元性を備えるとともに、機械的強度
の向上が図れるのである。

【００３３】そして、本考案の流体測定用プローブは、
それに使用するセンサ素子を選択することにより、流体
の諸量の測定に供することが可能であり、例えばゲルマ
ニウム単結晶半導体の小片で形成した流体速度測定用の
センサ素子を用いた場合、高感度、高精度に流体速度を
測定することができ、また流体温度測定用のサーミスタ
温度センサ素子を用いた場合には、常法どおり流体温度
を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の流体測定用プローブの第１実施例を示
す縦断面図

【図２】本考案の流体測定用プローブの第２実施例を示
す縦断面図

【図３】本考案の流体測定用プローブの第３実施例を示
す縦断面図

【図４】本考案の流体測定用プローブの第４実施例を示
す縦断面図

【図５】一定温度の流体速度を測定するための簡略回路
図

【図６】温度変化のある流体速度を測定するための簡略
回路図

【図７】第１，２，４実施例に示した流体測定用プロー
ブの寸法比率を説明するための簡略側面図

【図８】第３実施例に示した流体測定用プローブの寸法
比率を説明するための簡略側面図

【図９】供試体の表面に流体測定用プローブを取付けて
風洞実験を行う状態を示した簡略側面図

【符号の説明】

Ａ供試体Ｐ流体測定用プロ
ーブ１取付台２支持体３プローブヘッド４基台５空洞部６断熱板７接着層８固定部９樹脂モールド層 10 通孔 11 導電線 12 絶縁体 13 被覆部材 14 センサ素子 15 挿入孔 16 リード線 17 絶縁材 18 貫通孔 19 被覆線 20 金属細管 21 電源 22 抵抗 23 ブリッジ回路 24 増幅回路

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】底面に接着層を形成した断熱性を有する
略円錐台形状の取付台の上端中心に、弾力復元性を有す
る少なくとも２本の導電線を隔離して合成樹脂で被覆し
た支持体を垂設するとともに、該支持体の先端にセンサ
素子を被覆部材で外被したプローブヘッドを固定し、更
に該プローブヘッド内と前記支持体内に前記導電線の端
部をそれぞれ延長埋設し、且つ導電線の先端とセンサ素
子をリード線で接続するとともに、基端に接続した被覆
線を前記取付台から導出してなることを特徴とする流体
測定用プローブ。
【請求項２】前記支持体として、リン青銅製の２本の
導電線を熱硬化性合成樹脂で円柱状に被覆した支持体を
用いてなる請求項１記載の流体測定用プローブ。
【請求項３】前記支持体の基部を、取付台に固定した
金属細管で外被してなる請求項１又は２記載の流体測定
用プローブ。
【請求項４】前記センサ素子として、ゲルマニウム単
結晶半導体の小片で形成した流体速度測定用のセンサ素
子を用いてなる請求項１又は２又は３記載の流体測定用
プローブ。
【請求項５】前記センサ素子として、流体温度測定用
のサーミスタ温度センサ素子を用いてなる請求項１又は
２又は３記載の流体測定用プローブ。