JPS6332130B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 流体の所要のパラメータを測定するための装
置に於いて、当該装置のハウジングが、 細長い縦方向の形状及び該形状に沿つた流体を
通すための一つの孔、 該孔の第１の端部にある前方部分、 上記孔の第２の端部にある後方部分、 上記孔内に設けられたその内部の流れを調整す
るための絞り、 境界層制御を与えるための上記孔から前方部分
に於ける当該ハウジングの外面に到る第１の複数
の孔、 該第１の孔の下流側で当該ハウジング内に設け
られた第１の環状通路で、上記一つの孔と連通し
該孔の外側にあり、当該ハウジングの外側と連通
し当該通路を通る流体に対して低圧領域を与える
ため上記一つの孔と協働するようにされた第１の
環状通路、及び 該通路内に支持されたパラメータ測定のための
感知エレメント、を備えている流体パラメータ測
定装置。

２ 上記ハウジングの上記第１の環状通路の外側
位置に設けられ、上記一つの孔及び上記環状通路
に接続され、ハウジングの外面に開口し、撹乱さ
れない状態の流体にほぼ類似するパラメータを有
する上記感知エレメントへの流れを増大する第２
の環状通路を有する請求の範囲第１項に記載の装
置。

３ 上記絞りが、内部流速をマツハ0.5以下に調
整する請求の範囲第２項に記載の装置。

４ 上記絞りが、内部流速をマツハ0.35に調整す
る請求の範囲第２項に記載の装置。

５ 上記前方部分が、鈍角的に後方に広がる請求
範囲第２項に記載の装置。

６ 上記前方部分が、凍結防止用の加熱手段を有
する請求範囲第２項に記載の装置。

７ 上記第２の環状通路を形成する壁が、上記感
知エレメントに対して放熱シールドを形成するた
めの材料から作られた請求範囲第２項に記載の装
置。

８ 上記感知手段がプラチナ製抵抗体である請求
の範囲第２項に記載の装置。

９ 上記感知エレメントが、内部エレメントと該
エレメントを密封カバーする外部部材を有してい
る請求の範囲第２項に記載の装置。

１０ 空気データ測定装置に於いて、 当該装置内に空気流が入るようにする入口、 空気が当該装置から排出されるように上記入口
に接続された出口、 空気を通すため入口及び出口を接続した中央通
路、 空気流のマツハ数を調整するために中央通路内
に絞りを形成する手段、 境界層制御のため中央通路に開口し該通路から
半径方向に排気するように指向された第１の孔、 該孔の下流側で中央通路に接続され、実質的に
自由流としての空気流特性を有する空気流を生ず
るため、当該装置から排気するための第１の環状
通路、 該環状通路の外側で当該環状通路に連通され且
つ上記中央通路に連通されて当該装置から排気し
境界層制御を更に高める第２の環状通路、及び 第１の環状通路内に環状に設けられてパラメー
タを測定するための感知エレメント、を備える空
気データ測定装置。

１１ 上記入口の部分の表面が比較的鈍角的に後
方に広がるようにされている請求範囲第１０項に
記載の装置。

１２ 上記入口の部分に凍結防止用の加熱手段を
有する請求範囲第１０項若しくは第１１項に記載
の装置。

１３ 上記絞りが空気流のマツハ数を調整する請
求範囲１０項若しくは第１１項に記載の装置。

１４ 上記絞りが、マツハ数を0.1乃至0.5に調整
する請求範囲第１０項若しくは第１１項に記載の
装置。

１５ 上記絞りが、マツハ数を0.35に調整する請
求範囲第１０項若しくは第１１項に記載の装置。

１６ 上記感知エレメントがプラチナ製抵抗体で
ある請求範囲第１０項に記載の装置。

１７ 上記感知エレメントがすえ込みされている
請求範囲第１６項に記載の装置。

発明の背景 １ 発明の分野 本発明は流れのパラメータの測定に係かり、
種々の流速で感知エレメントに当る所望の流れを
形成するものに関する。

２ 従来技術の説明 正確で速い応答及び頑丈さを有する低価格の流
体のデータを感知するための装置が望まれる。こ
れまで、ある装置は有益なものであつたが、ここ
で述べる本発明も明白な利点を有する。

従来技術に於いては、米国特許第2970475号が
1961年２月７日に発行されており、本出願人に譲
渡されている。この米国特許発明は、ガス温度プ
ローブのための境界層制御（BLC）に関するも
のであり、流体の総温度（total temperature）
を正確に読み取る温度センサの能力を増大するも
のである。米国特許第3512415号は頑丈さ、最小
抗力、境界層制御などの利点が示されている。そ
のような発明の利用は試験場に於けるテスト及び
航空機に対する広範な商業化によつて確立されて
いる。

近年、米国特許第4152938号が発行された。こ
の特許発明は本発明に幾分類似しているように見
えるが、その第５欄第61行には「プローブは孔１
４を通る撹乱されていない流れを必要とするの
で、好ましい構造は…」と述べている。本明細書
で述べるように、内部流の調整は、例えば流体が
空気である場合、マツハ0.5以上に於ける操作性
を高める。そのような調整のための手段や方法が
米国特許第4152938号には開示されていない。他
の利点は後述するように明らかである。

本発明の摘要 例えば空気流中の温度のような流体中のパラメ
ータを測定する装置が開示されている。この装置
は前方部分及び後方部分とを有し細長いハウジン
グを形成し、該ハウジングはそのほぼ中心の長さ
方向軸線上に位置決めされて流体を通すようにし
た孔を有している。この孔の後方部分には絞りが
設けられ、当該装置内を通る流体の速度を調整す
る。流体を空気とした場合これにより、孔内のマ
ツハ調整が行われる。装置内の流速の制御は、周
囲の流体の速度が高速であるときの操作性を高め
る。例えば、マツハ0.5以上の亜音速に於ける空
気中の測定に対する不正確さや繰返しの困難さの
ような全般的な測定性能の低さが回避される。空
気に関しては流速をマツハ0.5以下に調整するよ
う、当該装置内の孔径に基づき絞りのサイズを選
択することにより、測定性能が向上される。更
に、絞りは内部圧力を増大し、撹乱されていない
流体の一部を、孔の外側の環状通路内に設定され
たセンサに通すことがより容易に行われる。境界
層制御のため孔から流体の一部を分流するので、
上記環状通路に設けられたセンサは比較的に乱さ
れない自由な流れのパラメータ、例えば当該セン
サに当つて断熱的に上昇される温度、の影響を受
ける。また、センサのための放熱シールドが設け
られる。他の利点は、内部圧力が上記絞りによつ
て上昇されるので、ハウジングは、米国特許第
4152938号の発明に於いて必要とされるように後
方でその直径を増大するようにする必要もない。
内部圧力は局部静圧よりかなり上昇されるので、
上記環状通路及びセンサへの流れがより容易に生
ずる。同様に、局部静圧に比較して上昇した内部
圧力は、上記環状通路を、当該装置の支柱に於い
て若しくは必要とされる後向き方向での一定直径
の領域から装置の外部に連通するのを可能とす
る。

流体の流れは、ガス管や風洞のような固定され
た位置にある装置に相対的に動くか、若しくは、
当該装置が飛行機、ミサイル、ヘリコプター等に
取り付けられ、空気中を動くものとする。「マツ
ハ」、「総温度」、「流れ」、「圧力」等本明細書で使
われる用語は、航空工学に於けると同じ意味をも
つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る装置を
示す図であり、ハウジング部分を第２図の―
線に沿つて示し、取付支柱は一部切欠いて示して
ある。第２図は、第１図の２―２線に沿つて見た
図；第３図は、温度感知エレメントの一部の断面
図；第４図は、他の実施例に係る装置を示す第１
図と同様の図；第５図は、更に他の実施例に係る
装置を示す第１図と同様の図；である。

好ましい実施例の説明 流体のパラメータを測定するための第１の実施
例に係る装置が第１図及び第２図に参照番号10で
示してある。この装置は、相互に連結された２つ
の主ハウジングエレメントである前方部分１２、
及び後方部分１４から形成され細長い形状とされ
たハウジング１１を有している。支柱１５が後方
部分１４に接続されており、当該装置１０を流体
に対して所望の位置に支持する。

前方部分１２は金属製のシリンダ状ブロツクか
ら形成されている。流面１６は比較的滑らかな空
気力学的形状を有し抗力を減ずるようなものとす
る。細長いハウジングのほぼ軸線に沿つて中央の
比較的均一な孔１８が形成されている。前方部分
１２は、第１図に於いて左から右へ向う矢印で示
された流れのための入口を有している。後方部分
１４は流れのための主要な出口を形成している。

前方部分の最大直径部に近づく所の流面１６に
は、当該前方部分１２のまわりで間隔をあけられ
た好ましくは、２列の６個の孔２２が設けられ、
該孔は前方部分の壁を通して孔１８まで伸びてい
る。孔２２は孔１８と協働して孔１８からの流れ
を外部に排出し、孔１８内の境界層制御を行う。
この点については、米国特許第2970475号に十分
に説明されている。

後方部分１４も金属から形成される。後方部分
１４は、第１の端部２５と出口端部２７とを有し
ている。後方部分１４の第１端部２５は、前方部
分１２内の大径孔２６内に挿入される寸法とさ
れ、環状の入口２４を介して孔１８に開く環状の
通路を形成している。前方部分１２及び後方部分
１４は、オーバラツプする部分２８のところで溶
接等の方法により接続される。孔２２は環状入口
２４からわずか上流に離れており、孔２２を通る
流れは、空気中の固形物分子や雨滴のような重い
分子よりも空気分子のような流体の軽い部分の方
向を変える。同様に、軽い分子は孔１８から環状
入口２４内に入る傾向がある。

第１の環状通路３２は、孔１８の半径方向外側
の位置の後方部分１４内に機械加工により若しく
は後方部分の鋳造の際に形成する。通路３２は、
好ましくは流れの方向に対して角度付けられた複
数の、好ましくは６個の孔３４を有している。孔
３４は後方部分の最大直径部分の近くに位置決め
されているが、流れの方向に平行にして設けるこ
とができる。通路３２は、孔１８、入口２４、孔
３４そして孔２２と協働し、通路３２を通る比較
的に乱されていない流れを形成する。

通路３２の内面３６は、その上に感知エレメン
ト３８を有している。センサの一例が第３図に示
されている。雲母のような絶縁層４０が内面３６
の上に設けられている。好ましくはプラチナ製抵
抗線であるエレメント３８が層４０の上に巻か
れ、第２の絶縁層４２がエレメント３８上に設け
られる。エレメント３８の別の保護として、外側
チユーブ４４がそれらの上に設けられる。チユー
ブ４４は機械的に若しくは油圧によりエレメント
３８上にスウージング（すえ込み）され頑丈にさ
れるとともに応答時間の改良が計られる。エレメ
ント３８を密封する通常の処理を行うこともでき
る。リード線４５，４６がエレメント３８の両端
部に接続される。

第１図に示すように、リード線４５，４６は支
柱１５内の中央腔所４７を通り所要の境界接続部
４８，４９に至る。高温計、熱電対、湿度計、圧
力計等の他のセンサを周知の方法によつて取り付
けることができる。センサ３８は主ハウジングエ
レメント１２，１４が結合される前に取り付けら
れる。

スリーブ上に巻かれた抵抗線の強さは、耐用試
験が行われ、他の温度感知適用に於いて数年のう
ちに証明される。裸線のセンサよりもかなり長い
寿命となる感知エレメント３８が本発明を具体化
する。エレメント３８の応答時間及び丈夫さは、
スウエージングしたチユーブ４４によつて改善さ
れる。

環状（管状）のセパレータ５０が後方部分１４
内に形成される。セパレータ５０は第１の通路３
２のための外側バリア５２及び感知エレメント３
８のための放熱シールドを構成する。セパレータ
は前方部分１２の大径孔２６と協働して装置１０
内に第２の環状通路５４を形成する。この通路は
複数の、好ましくは６個の、孔５６によつて外部
に通じている。孔５６は装置１０の長さ方向の中
間より幾分後方に位置決めされるのが好ましい。
通路５４は、孔１８、入口２４、孔５６と協働し
て流体通路を形成している。通路５４は流れを入
口２４内に付勢して他の境界層制御を与え、感知
エレメント３８に達する流れが比較的に乱されず
自由流としての特性を持つようにする。大径孔２
６を囲む外壁５８は感知エレメントのための第２
の放熱シールドを形成する。エレメント３８を内
面３６上に取り付けるのを容易にするため、後方
部分１４は、円筒形状で５０Ａのところで当該後
方部分に接続されたシリンダ状のセパレータ５０
と３８Ｂのところで後方部分に接続された面３６
上に感知エレメント３８を有するチユーブ３８Ａ
とを含むアセンブリとされる。

絞り６０が、金属製筒状体６２を孔１８の内面
に接続することにより、後方部分１４の出口端部
２７に形成され、該端部の孔１８の実質内径を減
少する。絞部材６２の上流側には孔１８から当該
絞りの径に至るテーパ６４が設けられており、当
該絞り６０によつて起される流れの乱れを低減す
るようにされている。空気流中の実施例に於いて
は、孔１８の径は６mmで絞り６０の最小径は５
mm、当該装置の最大径は18mmとされ、従つて装置
１０の孔１８内での亜音速の高速空気流乃至マツ
ハ0.35に対する空気流の流速を調整する。他のマ
ツハ数の空気流や他の種類の流体の他の選択され
た流速を調整するため、他の孔や絞りの直径を、
汎用の計算方法によつて決めることができること
は判るであろう。

操作に於いては、絞り６０は装置１０を通る流
体の速度を調整し、孔１８内の内部圧力を上げて
流体が孔２２及び入口２４並びに通路３２，５４
を通るようにする。この内部圧力は、感知エレメ
ント３８に達する流体が、乱されないで且つ汚染
されていない状態の流体とほぼ同様のパラメータ
を有するように条件付ける。

この実施例の構造は、孔１８を通る流体内の重
い分子を通すことによる従来の技術の利点を得る
とともに、比較的乱されない自由流のみを感知エ
レメント３８に向けることもできる。絞り６０は
最小の乱れの流体を感知エレメントに向ける能力
を増大する。

第４図には、他の実施例が示されている。前方
部分１２の流面１６は凍結防止のための電熱ヒー
タエレメント８０を備えている。支柱内の腔所４
７内にはリード線４５，４６と加熱エレメント８
０が示されている。一つの実施例に於いては、加
熱エレメント８０は２つの導体とそれらの間の抵
抗体とを備えている。導体は異る電位とされ、従
つて抵抗体中を電流が通り凍結防止のための熱が
生じる。電熱コイル等の他の汎用の加熱エレメン
トも使用できる。図示のように、感知エレメント
８０は前方部分１２内の流面内に設けられる。該
エレメント８０は、支柱１５の前縁近くの腔所４
７内にも示されており、その前縁部分の凍結防止
を行う。また、この加熱エレメントを当該装置１
０の出口端部２７等の他の部分に設けることもで
きる。

第５図には、他の実施例が示されている。前記
部分１２の流面１６は、第１図のものより鈍角的
にされている。この実施例に於いては、支柱１５
内の腔所４７にはリード線４５，４６及びジエツ
トエンジンコンプレツサからの空気やロケツト排
気ガス等の高温ガスを導くための導管９０が設け
られており、該導管は流面１６に熱を伝えて凍結
防止を行う。導管９０は支柱１５の前縁部分上に
も通されてその表面の凍結防止をも行う。導管９
０は前方部分１２内の環状空所９２に接続され、
該空所は高温ガスを流面１６に通す。この高温ガ
スは適当な形状の高温ガス孔９４から排出され
る。必要ならば、そのような高温ガスは、出口端
部２７やハウジングの他の部分にも通される。