JPH10160620A - 流れ計測装置とこれを用いた流れ分布計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭いスペースの気体の流れ分布を計測する流
れ計測装置と流れ分布計測装置を提供する。 【解決手段】 間隔を隔てて配置され流れにほぼ直交す
る方向に軸方向を有する丸棒状の複数のセンサヘッド１
と、この各センサヘッド１に通電して加熱しこの発熱量
とセンサヘッド１周囲を流れる気体により奪われる熱量
とが平衡したときの電流値を用いて各センサヘッド１周
囲を流れる気体の流速と流れ角を演算する計測演算装置
３と、を備え、センサヘッド１は、絶縁性の丸棒４と、
この丸棒表面に付着した２枚の金属膜５ａ，５ｂとから
なり、この２枚の金属膜５ａ，５ｂは同一面積を有し丸
棒４の所定方向の直径に対して周方向に間隔を隔てて線
対称に配置され、前記所定方向は各丸棒とも同一方向で
あり、計測演算装置３は各金属膜５ａ，５ｂに電流を流
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、翼等の後方の流れ
とその分布を計測する計測装置に係わり、特に狭隘なス
ペースにおける流れおよびその分布を計測する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ファン圧縮機等の性能を把握するために
は、静翼のウェーク分布、つまり静翼後方の流れ分布を
計測する必要がある。従来は図５に示すように熊手２
（ｒａｋｅ）型の支持具の先にセンサヘッド１を設け、
このセンサヘッド１にピトー管を設け流速分布を計測し
ていた。しかしピトー管では流れ角が計測できない。こ
のため図６に示すようにピトー管に代えてホットワイヤ
を交差したＸ型ホットワイヤを用いて流れ角を計測する
ことも行われている。このホットワイヤとは熱線風速計
に用いる白金線やタングステン線のことで、これに電流
を流して加熱し流体によって奪われる熱量と加熱による
熱量が平衡したときの電流から流体の流速が計測され
る。このホットワイヤを交差し両ホットワイヤの熱量の
比と両ホットワイヤに流入する流体の流れ角との関係を
表す実験データより流れ角を算出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなＸ型ホット
ワイヤで流れ角を計測する場合、Ｘの幅は５ｍｍ程度必
要であり、図５に示す熊手２に取り付けた場合、熊手２
の幅は２５ｍｍ程度の幅となる。一方、小型の圧縮機の
静翼のウェーキ分布を計測するには、熊手２の幅は大き
くても５ｍｍ以内、つまり１ｍｍピッチ程度で流速と流
れ角の分布を計測することが望ましい。

【０００４】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、狭いスペースの気体の流れおよびこの分布を計
測する流れとその分布計測装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、丸棒状のセンサヘッドと、こ
のセンサヘッドに通電して加熱しこの発熱量とセンサヘ
ッド周囲を流れる気体により奪われる熱量とが平衡した
ときの電流値を用いてセンサヘッド周囲を流れる気体の
流速と流れ角を演算する計測演算装置と、を備え、前記
センサヘッドは、絶縁性の丸棒と、この丸棒表面に付着
した２枚の金属膜とからなり、この２枚の金属膜は同一
面積を有し丸棒の所定方向の直径に対して周方向に間隔
を隔てて線対称に配置され、前記計測演算装置は各金属
膜に電流を流す。

【０００６】丸棒には２枚の同一面積を有する金属膜が
間隙を有することにより互いに絶縁されて１つの直径に
対し線対称に付着している。各金属膜は通電される。丸
棒の２枚の金属膜の発熱量と周囲を流れる気体によって
奪われる熱量が平衡したときの電流値に基づく発熱量と
気体の流速との関係を予め実験的に求めておくことによ
り気体の流速を得ることができる。また平衡したときの
それぞれの金属膜の発熱量と気体の流れ角との関係を予
め実験的に求めておき、通電した電流から各金属膜の発
熱量を求め気体の流れ角を得ることができる。

【０００７】請求項２の発明では、間隔を隔てて配置さ
れ流れにほぼ直交する方向に軸方向を有する丸棒状の複
数のセンサヘッドと、この各センサヘッドに通電して加
熱しこの発熱量とセンサヘッド周囲を流れる気体により
奪われる熱量とが平衡したときの電流値を用いて各セン
サヘッド周囲を流れる気体の流速と流れ角を演算する計
測演算装置と、を備え、前記センサヘッドは、絶縁性の
丸棒と、この丸棒表面に付着した２枚の金属膜とからな
り、この２枚の金属膜は同一面積を有し丸棒の所定方向
の直径に対して周方向に間隔を隔てて線対称に配置さ
れ、前記所定方向は各丸棒とも同一方向であり、前記計
測演算装置は各金属膜に電流を流す。

【０００８】各丸棒には同一面積を有する２枚の金属膜
が間隙を有することにより互いに絶縁されて１つの直径
に対して線対称に付着されており、この金属膜は通電さ
れる。各丸棒の２枚の金属膜の発熱量と周囲を流れる気
体によって奪われる熱量が平衡したときの電流値と気体
の流速との関係を予め実験的に求めておくことにより気
体の流速を得ることができる。また平衡したときの両金
属膜の発熱量と気体の流れ角との関係を予め実験的に求
めておき、通電した電流から各金属膜の発熱量を求め気
体の流れ角を得ることができる。このような金属膜の付
着した丸棒を複数間隔を隔てて配置することにより、流
れの速度および流れ角の分布を得ることができる。な
お、丸棒の直径はＸ型ホットワイヤよりもかなり小さく
ても流速と流れ角の測定が可能であり、５本の手を有す
る熊手に取りつけた場合熊手の幅も小さくできるので、
狭隘なスペースの流れの分布を計測することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態を
示す斜視図である。円筒状のセンサヘッド１は所定の間
隔で垂直に配置され、熊手２によって流れを乱さないよ
うに支持されている。計測演算装置３は各センサヘッド
１に電流を供給するとともにその電流値とセンサヘッド
１の抵抗値等から流れ速度、流れ角等を演算する。セン
サヘッド１は絶縁性の丸棒４、例えばセラミックスに金
属膜５を蒸着したもので、金属としてはニッケル等が用
いられる。金属膜５は１つの直径を線対称として配置さ
れた２つの金属膜５ａ，５ｂからなる。この金属膜５
ａ，５ｂは同一の面積を有し、１つの直径の方向は全て
のセンサヘッド１で同一であり、熊手２の前後方向とな
っている。熊手２は静翼６の後流に設定される。

【００１０】図２はセンサヘッド１と静翼６の断面図で
ある。各センサヘッド１は同一の直径方向を中心に対称
に金属膜５ａ，５ｂが蒸着され、両金属膜５ａ，５ｂは
間隙７により隔てられている。各金属膜５ａ，５ｂには
図示しない導線により電流が供給される。寸法の一例を
示すと、丸棒４の直径は０．２ｍｍ、金属膜５は１〜１
０μｍ程度であり、各センサヘッド１の中心間距離は
０．４〜０．６ｍｍ程度で、５本手の熊手２の場合全幅
３ｍｍ程度である。

【００１１】流速は熱線風速計と同様な方法により演算
される。金属膜５に電流を通して加熱し、気体の中に置
くと、丸棒４の軸方向金属膜５の単位長さ当たり失われ
る熱量Ｈと流速ｖの間には次式が成り立つ。 Ｈ＝Ｂ√ｖ＋Ｃ …（１） ここでＢ，Ｃは装置定数である。金属膜５の電気抵抗を
Ｒ、電流をＩとすれば、（１）式は次のようになる。 Ｉ² Ｒ＝Ｂ√ｖ＋Ｃ …（２）

【００１２】供給する熱量と気体により失われる熱量が
平衡したとき、つまり通電する電流値が一定値に落ち着
いたときの電流値Ｉ_S を（２）式に代入することにより
流速ｖを求めることができる。この場合の電流Ｉは金属
膜５ａ，５ｂを直列に接続したときの電流とするとよ
い。なお電圧をＶとすればＶ＝ＩＲであるので、（２）
の左辺はＩＶで表すことができ、これにより抵抗Ｒの値
（これは温度により変化する）は必ずしも必要ではな
い。

【００１３】図３は測定した流速ｖの一例を示す図であ
る。横軸は時間を表し、縦軸は流速ｖを示す。流速ｖは
こきざみに変動しており、平均値をｖｍ、変動幅をΔｖ
とすると、変動幅と平均値との比Δｖ／ｖｍ（乱れ度）
を得ることができる。

【００１４】図４は流れ角θの算出方法を説明する図で
ある。（Ａ）は金属膜５ａ，５ｂ、流れ角θの関係を示
す。（Ｂ）は金属膜５ａで発生している熱量Ｅａ、金属
膜５ｂで発生している熱量Ｅｂと流れ角θとの関係を示
す図である。各熱量Ｅａ，Ｅｂは金属膜５ａ，５ｂに供
給される熱量とこの周囲を流れる気体によって奪われる
熱量が平衡したときの熱量である。平衡したか否かは供
給する電流が一定値に落ち着いたか否かで判定でき、こ
の一定値の電流より各熱量Ｅａ，Ｅｂを算出することが
できる。なおＥａとＥｂから算出した流れ角θが相違す
るときは、平均の角度θｍをとるようにするとよい。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、丸棒に２枚の金属膜を付着したセンサヘッドに通電
して発熱量を計測することにより、流速、流れ角、さら
に乱れ度を算出することができる。またこのセンサヘッ
ドを熊手の手にそれぞれ設けることにより極めてコンパ
クトな流れ分布計測装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す斜視図である。

【図２】静翼とセンサヘッドの断面図である。

【図３】流速、平均流速、乱れ度を示す図である。

【図４】流れ角とセンサヘッドの発熱量との関係を示す
図である。

【図５】従来の流れ分布測定装置を示す図である。

【図６】Ｘ型ホットワイヤを示す図である。

【符号の説明】

１ センサヘッド ２ 熊手 ３ 計測演算装置 ４ 丸棒 ５，５ａ，５ｂ 金属膜 ６ 静翼 ７ 間隙

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸棒状のセンサヘッドと、このセンサヘ
   ッドに通電して加熱しこの発熱量とセンサヘッド周囲を
   流れる気体により奪われる熱量とが平衡したときの電流
   値を用いてセンサヘッド周囲を流れる気体の流速と流れ
   角を演算する計測演算装置と、を備え、前記センサヘッ
   ドは、絶縁性の丸棒と、この丸棒表面に付着した２枚の
   金属膜とからなり、この２枚の金属膜は同一面積を有し
   丸棒の所定方向の直径に対して周方向に間隔を隔てて線
   対称に配置され、前記計測演算装置は各金属膜に電流を
   流すことを特徴とする流れ計測装置。
2. 【請求項２】 間隔を隔てて配置され流れにほぼ直交す
   る方向に軸方向を有する丸棒状の複数のセンサヘッド
   と、この各センサヘッドに通電して加熱しこの発熱量と
   センサヘッド周囲を流れる気体により奪われる熱量とが
   平衡したときの電流値を用いて各センサヘッド周囲を流
   れる気体の流速と流れ角を演算する計測演算装置と、を
   備え、前記センサヘッドは、絶縁性の丸棒と、この丸棒
   表面に付着した２枚の金属膜とからなり、この２枚の金
   属膜は同一面積を有し丸棒の所定方向の直径に対して周
   方向に間隔を隔てて線対称に配置され、前記所定方向は
   各丸棒とも同一方向であり、前記計測演算装置は各金属
   膜に電流を流すことを特徴とする流れ分布計測装置。