JPS5856414B2 - 流速測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気、ガス、液体、その他流体の流速を測定
するための流速測定装置に関する。

流路内を流れる流体の流速（流量）を測定する機器とし
て従来より種々の形式のものが知られているが、特にそ
の中でも、流れに対してほとんど抵抗を与えず、寸た流
速の急変に対しても遅れなく追従するものとして羽根車
式流速計が広く用いられている。

羽根車式流速計は、羽根車を流れの中に置き、羽根車が
流体のもつ運動エネルギーすなわち流速に比例して回転
することを利用して流体の流速を求めるものであって、
外部から何らエネルギーを与えることなく流速（流量）
を検出できるという利点を有している。

しかしながら、従来の羽根車式流速計は、流体の流速が
小さい場合、軸受部の摩擦抵抗等の機械的損失が検出精
度を決定的に左右し、低流速域においては羽根車が意図
した通りの挙動を示さず、不正確な検出値となる欠点を
有している。

本発明は、特許請求の範囲に記載した構成とすることに
より、低流速域から高流速域迄の広い範囲に亘り摩擦抵
抗等の機械的損失に影響されることなく流速を正確に求
めうる羽根車式の流速測定装置を得たものである。

以下、図面について本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図は本発明の１実施例を示すもので、流
路１の中央に二相サーボモータ２により一転駆動される
羽根車３が取付けられており、該羽根車３は二相サーボ
モータ２により、流れの方向又は逆方向に強制回転され
るよう構成されている。

二相サーボモータ２は、第２図にその電気回路を示すよ
うに、制御巻線４、励磁巻線５、進相用コンデンサ６お
よび回転子７からなる公知のモータであって、励磁巻線
５には交流電源電圧ｅが印加され、普た制御巻線４には
電流調整用の交流増幅器８により電源電圧ｅと同相の制
御電流ｉｃが与えられる。

励磁巻線５に流れる励磁電流ｉｍは、進相用コンデンサ
６により回転子７が静止した状態にむいて、制御巻線４
に流れる制御電流ｉｃ（換言すれば交流電源電圧Ｃ）に
対して−ｚ（９０）の進み位相が与えられている。

上記二相サーボモータ２の回転子７に発生する回転トル
クと回転数とは、第３図に示す如き関係を有する。

位相検波回路９は、二相サーボモータ３の制御巻線４に
流れる制御電流ｉｃと励磁巻線５に流れる励磁電流ｉｍ
との間の位相差を検出し、該位相差に比例する電圧を出
力する回路である。

流速変換回路１０は、前記位相検波回路９の出力電圧を
流速に変換して表示する回路であって、例えば流速をメ
ータ表示する場合、最も簡単には流速目盛を施こされた
電圧計を用いればよい。

いす、羽根車３が二相サーボモータ２により流れの方向
に回転されているものとして上記装置の作用を説明すれ
ば、流路１内の流体が流れていない状態すなわち流速ｖ
−Ｏのとき、羽根車３は、流体抵抗と軸受は部の機械的
摩擦等による回転負荷を受けなから二相サーボモータ２
に駆動され、第３図における動作点Ｐ。

に対応する回転数Ｎ。で回転する。

二相サーボモータ２は、流速に対応する負荷変化による
モータのすべりに応じてその内部インピーダンスが変化
し、励磁巻線５に流れる励磁電流ｉｍと制御巻線４に流
れる制御電流ｉｍとの間の位相差を変化させる。

この位相差は流速に対応した変量で、第３図に示すよう
に１（９０°）よりも小さな位相差θ０となる。

この位相差θ０において位相検波回路９の出力電圧がＯ
となるよう調節しておけば、流速変換回路１０に表示さ
れる流速値ＶはＯとなる。

次に、流路１内の流体が流速ｖ１で流れている場合、羽
根車３０回転方向が流れの方向と一致しているため、羽
根車３の回転負荷は流速■１ に比例して軽くなる。

これにより、二相サーボモータ２は該回転負荷に対応す
る回転トルクを出力する動作点Ｐ１において回転し、そ
の回転数Ｎ１すなわちモータのすべりに応じて内部イン
ピーダンスが変化し、励磁巻線５に流れる励磁電流ｉｍ
と制御巻線４に流れる制御電流ｉｃどの位相差は、第３
図に示すように回転数Ｎ１に対応するθ１となる。

従って、位相検波回路９は、前述した如く位相差θ０を
基準位相としてθ０からの位相差に応じた出力を発生す
るから、流速ｖ１における出力電圧はθ０−θ、に比例
した電圧値となる。

流速変換回路１０は、位相検波回路９の出力電圧を受け
、該出力電圧を流速に変換して流速Ｖ１としてメータ等
に表示する。

上述動作から明らかなように、本発明は二相サーボモー
タの励磁電流ｉｍの位相変化から流速を自動的に測定す
ることができる。

なお、上述の実施例は、流路１内を流れる流体の流速を
求める場合について示したが、流量として求める場合に
は、流路１の管路断面積を流速値に乗算するだけでよく
、例えば流速変換回路１０の変換係数を変えることによ
り簡単に行ないつる。

以上説明した如く、本発明は、流路中に置かれた羽根車
を二相サーボモータにより回転１駆動し、流体の流速に
応じて変化する二相サーボモータの励磁巻線電流の位相
変化から流速を求める構成であるため、羽根車の軸受部
の摩擦抵抗等の機械的損失による検出精度への影響が皆
無となり、低流速域の場合にも正確に測定することがで
き、検出能力、検出範囲ともに大巾に向上するという著
効を奏する。

更に、本発明は、二相サーボモータの回転トルクと回転
数の特性曲線の傾きを任意に選択することによりモータ
の応答時定数を種々変えることができ、流速（流量）変
化の早さに応じた最適測定を行なうことができる。

寸た、二相サーボモータは、コミュテータ及びブラシが
無いので回転部分に軸受のベアリング以外の摩擦抵抗が
なく、捷た構造簡単なために故障が少なく、長期間安定
した測定性能を確保できるとともに、伝号がすべて交流
であるため、ドリフト、ノイズ等に影響されることなく
正確な測定を行なうことができるという効果を有する。

寸た、本発明装置を車両等の内燃機関におけるマニホー
ルド内の吸気量の測定装置として用いれば、検出出力と
気流速度との相関及び繰返し精度が良好なので、アイド
リンクとか低速運転とかの小負荷回転時にかける混合比
の制御を正確に行なうことができ、更に羽根車の回転に
よる過給効果も期待でき、機関の熱効率も向上する等の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の１実施例を示す図、第２図は第１
図装置の電気回路結線図、第３図は二相サーボモータの
特性図である。 １・・・・・・Ｒ路、２・・・・・・二相サーボモータ
、３・・・・羽根車、４・・・・・・制御巻線、５・・
・・・・励磁巻線、９・・・・・・位相検波回路、１０
・・・・・・流速変換回路、 ｉｍ・・・・・・励磁電
流、 ｉｃ・・・・・・制御電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二相サーボモータにより回転駆動される羽根車を流
   路中に配置するとともに、二相サーボモータの制御巻線
   に流れる制御電流と励磁巻線に流れる励磁電流との位相
   差を検出して該位相差に比例する電圧を出力する位相検
   波回路と、該位相検波回路の出力電圧を流速に変換する
   流速変換回路とを備えたことを％徴とする流速測定装置
   。