JPH08501384A - 高速応答時間を有する温度プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 温度プローブ（１０）はそれに対して相対的に移動している流体の温度を測定する。プローブ（１０）はハウジング（１４）、トランスジューサ（３０）、および１または複数のフィン（２８）を含む。ハウジング（１４）は中ぐり軸（１８）を有する中ぐり（１６）を具備し、流体の少なくとも一部を前記中ぐり軸に沿って流通させる。トランスジューサ（３０）は感知長さを有し、フィン（２８）は感知長さの実質上全体にわたってトランスジューサ（３０）に対して熱的に結合される。フィン（２８）はまた中ぐり軸（１８）と事実上整列されていて、中ぐり（１６）内の流体の層流化を促進する。好ましい実施例では、トランスジューサ（３０）は保護筒（３２）内に装填され、フィン（２８）がその内側縁に沿って筒体（３２）に取付けられる。フィンはまた、その外側縁に沿って放射シールド（３４）に取付けられる。放射シールドは筒体（３２）を包囲する。フィンの外側縁はその内側縁よりも短い。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 高速応答時間を有する温度プローブ 発明の背景 本発明は温度プローブに関し、特にプローブに対して相対的に移動する流体の 温度を測定するための温度プローブに関する。 発明の要約 本発明の温度プローブは、トランスジューサの感知長さの実質上全体にわたっ て当該トランスジューサに対して熱的に結合された１または複数のフィンを含む 。前記フィンは、トランスジューサとプローブに対して相対的に移動する流体と の間の対流熱伝導を増強し、かつ流体の層流化を促進するように配置される。プ ローブはさらに、中ぐり（ボア）軸を有し、前記中ぐり軸に沿って流体の少なく とも一部を流通させるようなハウジングを備える。フィンは中ぐり内に配置され 、好ましい実施例においては、トランスジューサがその内部に配置された筒体に 取付けられる。フィンはトランスジューサの実効的な表面積対質量比を改善して 対流熱伝導を増強し、流体の過渡的状態に対するトランスジューサの応答時間を 高 速化する。好ましい実施例においては、フィンはその内側縁に沿って筒体に取付 けられると共に、前記内側縁に対して鋭角にテーパ付けされた後方縁を有する。 図面の簡単な説明 図１は本発明による温度プローブの一部破断側断面図である。 図２は図１の温度プローブ組立体の一部破断斜視図である。 図３は本発明による温度プローブ組立体の他の実施例の一部破側断面図である 。 図４は図２の４−４線に沿う端面図である。 図５は図３の５−５線に沿う端面図である。 図６は図１の温度プローブの他の実施例の一部破断側断面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図１には、流体の温度を測定するための温度プローブ１０が包括的に符号１２ で示される。望ましくは、プローブ１０は航空機に搭載され、周囲空気温度（to tal air tempera-ture）を測定する。プローブ１０はハウジング１４を含み、こ のハウジングは、ほぼ円筒形状で、中ぐり軸１８−１８に沿って延長する中ぐり １６を有する。流体は開口２０からハ ウジング１４内に入り、流体の少なくとも一部はほぼ矢印２２で示すように中ぐ り１６内へ流れる。流体の他の一部は、もしも存在するならば、水滴を含む微細 片（debris）と共に、空所２４を通ってハウジングを通過する。流体のさらに他 の一部は孔２６を通って流れ、不所望な境界層効果を低減する。本発明に適用す るのに好ましいハウジングの、上記および他の特徴事項は、援用によってここに 統合される米国特許第２９７０４７５号に開示されている。 流体１２は、その速度がハウジング１４で減速される時に断熱加熱される。加 熱された流体の少なくとも一部は中ぐり軸１８に沿って中ぐり１６内を流れ、ト ランスジューサ３０と熱的に結合するフィン２８を含むプローブ組立体５０に到 達する。好ましくは、プローブ組立体５０は筒体３２と放射シールド３４を含む 。本発明の堅牢化された（ruggedized）実施例では、トランスジューサを腐食お よび他の有害な影響から保護するように閉塞された筒体３２内に、トランスジュ ーサ３０が収納されるのが望ましい。加熱された流体の幾らかは端部開口部材で ある放射シールド３４の内側を流れ、フィン２８及び筒体３２に接触する。つづ いてこの流体は、プローブ組立体の下部の孔３６を通過し、中ぐり１６の孔３８ を通り、さらに孔４０を通ってプローブ１０から流出する。加熱された流体の他 の部分は、放射シールド３４と中ぐり壁１７との間を流れ、孔３８を通過し、さ らに孔４０を通ってプローブ１０から流出する。 本発明によれば、流体が、直接または筒体３２を介してのみならず、またフィ ン２８を介しても熱をトランスジューサ３０に伝達する。フィン２８は流体流に さらされるトランスジューサ３０の有効表面積を事実上増加し、これによって流 体に対するトランスジューサの熱的結合を増強する。このように増強された熱的 結合は、トランスジューサの時間応答性を改善し、ステムの熱伝導または放射熱 伝導のような競合熱効果（competing thermal effect）による誤差を減少させる 。 フィン２８は銅のような熱良導体材料で作られ、トランスジューサ３０の感知 長さＬ（図２参照）の実質上全体にわたって、トランスジューサ３０と熱的に結 合するのが好ましい。もしも銅で作られるならば、銅の劣化を防止するために、 ニッケルのような耐腐食材の薄い被覆をフィン２８に施すのが望ましい。フィン ２８はまた十分に薄いので、フィンの質量増加がプローブに及ぼす影響（プロー ブの時間応答を遅くしようとするような）は、フィンの表面積の増加が及ぼす影 響 （プローブの時間応答を速めようとするような）よりも小さく、流体の温度変化 に対するプローブの時間応答を実際に速めることになる。以下に述べるような理 由で、フィン２８は事実上平面的な形状であり、中ぐり軸１８に整列するのが望 ましい。 図２には、図１の温度プローブ組立体５０を拡大して示す。各フィン２８はそ の全長にわたって流体と接触するが、流体からフィンへ、またはその逆の熱伝導 は圧倒的に各フィンの前方縁２８ａで行なわれ、フィンの後方縁２８ｂでの同種 の熱伝導は比較的少ない。このために、フィン後方縁２８ｂは、これに沿ってフ ィン２８が筒体３２に取り付けられるフィン内側縁２８ｃに対して鋭角でテーパ 付けされるのが望ましい。このようなテーパ付けにより、フィンの質量を減少さ せながら、一方では、フィン前方縁２８ａからフィン２８を通してトランスジュ ーサ３０への熱伝導を、実質上フィン２８の全長Ｌにわたって維持することがで きる。筒体３２へのフィン２８の取付けは、強度の面から、ろう付または溶接で 行なうのが望ましい。 トランスジューサ３０は熱的応答特性を有し、その感知長さはＬである。トラ ンスジューサ３０は、酸化アルミのよう な高抵抗材筒体の周りに巻回されたプラチナ線よりなる抵抗温度計装置（ＲＴＤ ）であるのが望ましい。この場合、熱的応答特性は前記ＲＴＤの電気抵抗で得ら れ、プローブ１０は、前記ＲＴＤの電気抵抗を測定し、その関数としての出力４ ６を発生する回路手段４２に、リード線４４を介してトランスジューサ３０を接 続する配線３１を含む。中ぐり１６内の流体の温度を表わす出力４６は閉ループ 制御システムに利用されたり、指示装置４８で表示されたりすることができる。 図６に示すような他の実施例においては、トランスジューサ３０ａは熱電対ま たはルミネッセンス材などのような他の既知の温度トランスジューサよりなる。 温度プローブ１０はまた筒体３２およびフィン２８を包囲する放射シールド３ ４を備えるのが望ましい。放射シールド３４の内側および外側に沿って流れる流 体が、フィン２８や筒体３２、そして最終的にはトランスジューサ３０を加熱冷 却するのと同じ様にして、前記シールドを加熱冷却する。ある場合には、シール ド３４の温度は、トランスジューサ３０の温度に十分近くて有効な放射熱シール ドとしての作用はするが、トランスジューサの温度からずれたものになるかもし れない。 フィン２８は、トランスジューサ３０を振動から保護するように、その外側縁 ２８ｄで放射シールド３４に固着されるのが望ましい。このようにしてフィン２ ８は、流体に対するトランスジューサ３０の熱的結合を強化することと、トラン スジューサ３０に対する機械的支持を提供することの２つの目的を同時に果たす 。トランスジューサ３０とシールド３４との間の熱伝導を減少させ、これによっ てトランスジューサの温度が流体の温度をより良く代表できるようにするために は、フィンの外側縁２８ｄは実用上できる限り短く、なるべくは内側縁２８ｃよ り大幅に短くするのが望ましい。フィンの外側縁２８ｄを短くすることはまた、 トランスジューサの実効的な熱的質量を減少させ、これにより時間応答性を改善 する。他の実施例では、一部または全部のフィンを放射熱シールドに接触させな いようにし、トランスジューサと放射熱シールド間の熱伝導をより一層低減する ことができる。 本発明によれば、流体の乱流や渦流以外の層流を強調するために、フィン２８ は中ぐり軸１８と実質上整列される。トランスジューサ３０と放射シールド３４ 間の領域における流体の乱流は、これら両部材間での流体の対流によってトラン スジューサ３０と放射シールド３４間の熱的結合を増加する 可能性があるので好ましくない。このような熱的結合の増加は、上記したような 両部材間の温度差があるので好ましくない。 図４は、図２の４−４線に沿うプローブ組立体５０の端面図であり、３枚のフ ィン２８、筒体３２、放射シールド３４および複数の孔３６が明瞭に示されてい る。孔３６の断面は、図４に示すように円形であっても良く、また非円形であっ ても良い。 図３は、図２の組立体と類似の、温度プローブ組立体６０の他の実施例である 。プローブ組立体６０はその全長Ｌ´にわたってトランスジューサ６４に熱的結 合されたフィン６２並びに、保護筒体６６、放射シールド６８より構成される。 フィン６２はその内側縁６２ａに沿って筒体６６に、またその外側縁６２ｂに沿 って放射シールド６８に、それぞれろう付または溶接されるのが望ましい。前述 の実施例の場合と同様に、フィンの後方縁６２ｃはその内側縁６２ａに対して鋭 角でテーパ付けされる。組立体５０と同様に、組立体６０は温度プローブハウジ ングの中ぐり内部に、フィン６２が中ぐり軸と整列するように組立てられる。 図５は、図３の５−５線に沿う温度プローブ組立体６０の 端面図である。４枚のフィン６２および隣接配置部材が明瞭に示されている。本 発明による温度プローブが、１、２またはそれ以上の枚数のフィンを備え得るこ とは勿論である。フィンの枚数が多すぎると温度プローブの製造コストが上昇す るし、またフィン相互の配置が近接しすぎて隣接フィン表面からの流体の境界層 が触れ合って干渉するので好ましくない。 本発明の好ましい実施例に付いて説明したが、当該技術分野の技術者は本発明 の精神および範囲から逸脱すること無しに、形式および詳細の面で変更できるこ とを認識するであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中ぐり軸を有する中ぐりを備え、流体の少なくとも一部を前記中ぐり軸に 沿って流通させるように適合されたハウジングと、 熱応答特性を呈し、ある感知長さを有するトランスジューサと、 中ぐり内に配置され、前記感知長さの事実上全体にわたって前記トランスジュ ーサと熱的に結合されたフィンとを具備し、 前記フィンは、ハウジングに熱的結合されるよりはトランスジューサに対して より良く熱的結合されると共に、また前記中ぐり軸と事実上整列されていて流体 の層流化を促進する、相対的に移動する流体の温度測定用プローブ。 ２．中ぐり内に配置され、フィンおよびトランスジューサと熱的に伝導する筒 体をさらに具備し、トランスジューサが筒体内に配置された請求項１に記載のプ ローブ。 ３．フィンがその内側縁に沿って前記筒体に取付けられた請求項２に記載のプ ローブ。 ４．フィンは後方縁を有し、前記後方縁の少なくとも一部がフィンの内側縁に 対して鋭角でテーパ付けされた請求項３ に記載のプローブ。 ５．フィンが耐腐食材で被覆された事実上平坦な銅部材からなる請求項１に記 載のプローブ。 ６．中ぐり軸を有する中ぐりを備え、流体の少なくとも一部を前記中ぐり軸に 沿って流通させるように適合されたハウジングと、 熱応答特性を呈し、ある感知長さを有するトランスジューサと、 中ぐり内に配置され、前記感知長さの事実上全体にわたって前記トランスジュ ーサと熱的に結合された複数のフィンとを具備し、 前記フィンは、ハウジングに熱的結合されるよりはトランスジューサに対して より良く熱的結合されると共に、また前記中ぐり軸と事実上整列されていて流体 の層流化を促進する、相対的に移動する流体の温度測定用プローブ。 ７．中ぐり内に配置され、フィンおよびトランスジューサと熱的に伝導する筒 体をさらに具備し、トランスジューサが筒体内に配置された請求項６に記載のプ ローブ。 ８．各フィンのトランスジューサに対する熱的結合が、各フィンをその内側縁 に沿って筒体に取付けることによって行 なわれた請求項７に記載のプローブ。 ９．中ぐり内に配置されて前記筒体およびフィンを取り囲む端部開口部材をさ らに具備した請求項８に記載のプローブ。 １０．各フィンがその外側縁に沿って前記端部開口部材に取付けられ、フィン の外側縁はその内側縁よりも短くされた請求項９に記載のプローブ。 １１．熱応答特性を検知し、その関数としての出力を発生するシステムと、前 記出力を表示する表示手段とをさらに具備した請求項１、６、または１０のいず れかに記載のプローブ。 １２．トランスジューサが、ある長さに巻回されたプラチナ線からなる請求項 １または６に記載のプローブ。 １３．トランスジューサがルミネッセンス材からなる請求項１または６に記載 のプローブ。 １４．中ぐり軸を有する中ぐりを備え、流体の少なくとも一部を前記中ぐり軸 に沿って流通させるように適合されたハウジングと、 前記中ぐり内に配置されて熱応答特性を呈し、ある感知長さを有するトランス ジューサと、 中ぐり内に配置され、前記感知長さの事実上全体にわたっ て前記トランスジューサと機械的に結合されたフィンとを具備し、 フィンの縁部の少なくとも一部がハウジングから隔離されていてそれらの間の 熱伝導を減少させ、前記フィンは前記中ぐり軸と事実上整列されていて流体の層 流化を促進する、相対的に移動する流体の温度測定用プローブ。