JPS633267A - 流体の流れ方向検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）技術分野 この発明は、気体や液体等の流体の流れる方向を検知す
る検知装置に関する。

（ｂ１発明の概要 この発明に係る検知装置は、空気、水あるいは油等の流
体が特定の空間や流路において、どの方向に流れている
かを機械的な変位に変換して検出することなく完全に電
気的に検出できるようにしたものである。

（Ｃ）従来技術とその欠点 従来、流体の流れる方向を検知する方法として、プロペ
ラやフラップを用いて、その回転方向や角度を検出して
流体の流れる方向を検知するものがあった。

ところがこのような機械的な変位に変換して検知する方
法では、微小な空間や流路における流体の流れの方向を
検知することは困難である。また、その構造上、流体の
流れを妨げるため、利用できる用途が限られている。さ
らに、可動部分の摩耗等により長期間安定して作動させ
るために信頼性を確保することが困難であった。

ｆｄ）発明の目的 この発明の目的は゛、流体の流れを段載的な変位に変換
することな（電気的に検知できるようにして、従来検出
できなかったような微小空間や流路における流体の流れ
の方向や、微弱な流れの方向を長期間安定して検知でき
るようにした流体の流れ方向検知装置を提供することに
ある。

（ｅ＋全発明構成および効果 この発明は、流体の流れの方向に沿って少なくとも二つ
の温度センナが配設されるとともに、この各温度センサ
と熱結合し得る位置にヒータが配設されたセンサユニ・
７トと、前記温度センサの各検出信号のレベル差を検出
して流体の流れる方向を検知する方向検知手段とから構
成したことを特徴とする。

以上のように構成したことにより、ヒータの熱により、
両温度セ”ンサが加熱される。もし流体に流れがなけれ
ば、ヒータの熱は両温度センサに所定量供給される。ま
た、流体に流れが生じている場合、両温度センサに供給
される熱量が変化し、温度センサの検出出力が変化する
。

第３図は流体の温度分布の変化の一例を表す図であり、
図において１はセンサユニットの基板を表し、二点鎖線
は流体の流れの方向を表している。基板１の中央部にヒ
ータＨが配設され、流体の流れの方向に沿ってヒータＨ
の前後に温度センサＴｈｌとＴｈ２がそれぞれ配設され
ている。図の上部に表した曲線はセンサユニットの温度
分布を表し、Ａは流体が静止している場合の温度分布で
あり、両温度センサＴｈｌ、Ｔｈ２はヒータＨによって
基板１を介して加熱され、流体の流れる方向の前後に対
称的な分布となる。流体が図中二点鎖線で表した方向に
流れている場合、Ｂに示すようにその温度分布が変化す
る。これは上流側の温度センサＴｈｌが、ヒータＨによ
って加熱されにくくなることより生じる。このような温
度分布の変化により生じる温度センサＴｈｌとＴｈ２の
検出信号のレベル差を検出して方向検知手段は流体の流
れる方向を検知する。　このようにヒータと少なくとも
二つの温度センサを用いて、流体の流れに伴う温度分布
の変化を検出することによって流体の流れる方向を検知
することができる。

この発明によればプロペラやフラップ等の機械的な手段
を用いることなく、流体の流れを直接電気的に検知する
ため、また、検知すべき流体が流れる空間や流路のサイ
ズに応じてセンサユニットを小型化することができ、上
述の各種問題点を解消することができる。

（ｆ）実施例 第１圀はこの発明の実施例である流体の流れ方向検知装
置の使用状態を表す図である。

図において２は水や油等の流体の流路を表し、その外壁
面にセンサユニットが取り付けられている。。

第２図はそのセンサユニットを表す正面図である。

基板１はアルミナ基板や金属板等の熱伝導性の高い材料
からなり、その中央部に正特性サーミスタ（ＰＴＣ）か
らなるヒータＨが取り付けられている。このヒータＨの
左右にヒータから等しく離れた箇所に負特性サーミスタ
（ＮＴＣ）または正特性サーミスタ（ＰＴＣ）が温度セ
ンサとして取り付けられている。

第４図はヒータＨと゛温度センサであるサーミスタＴｈ
ｌおよびＴｈ２を用いて流体の流れる方向を検知するた
めの基本的な回路部分を表す。

図において入力端子ＩＮとＧＮＤ間に電源電圧が印加さ
れると、ヒータＨが発生する。ヒータとして正特性サー
ミスタ（ＰＴＣ）を用いた場合、自己温度調整機能が働
き、電ａ電圧に応じて安定した熱量が得られる。

抵抗ＲＬは電流制限抵抗であり、サーミスタＴｈｌ、Ｔ
ｈ２に流れる電流を制限する。出力端子０１ＪＴ２とＧ
ＮＤ間の出力電圧はＴｈｌとＴｈ２の抵抗値の比で定ま
る。

流体に流れがない場合、たとえばサーミスタＴｈ１とＴ
ｈ２の抵抗値が等しくなるとすると、出力端子０ＵＴ２
の電位は出力端子０ＵＴＩとＧＮＤ間の電圧の１／２の
値となる。流体に流れが生じると、サーミスタＴｈｌと
Ｔｈ２の抵抗値が変化する。例えば第３図に示したよう
にセンサユニットに設けられているサーミスタＴｈ１−
Ｔｈ２の方向に流体の流れが生じている場合、サーミス
タＴｈｌの温度が低下し抵抗値が上昇する。これととも
にサーミスタＴｈ２の温度が上界し抵抗値が低下する。

　第５図（Ａｌ、　（Ｂｌはその状態を表す図。

であり、同図穴はサーミスタＴｈｌの状態、（Ｂｌはサ
ーミスタＴｈ２の状態をそれぞれ表している。

サーミスタＴｈｌの温度がＴａ１−＝Ｔｂｌに低下した
ことによって、その抵抗値はＲａ１−Ｒｂ１に上昇する
。−方サーミスタＴｈ２の温度がＴａ２−Ｔｂ２に上昇
したことによって、その抵抗値はＲａ２−Ｒｂ２に低下
する。なお、ここで抵抗値ＲａｌとＲａ２は等しい値で
ある。

このように両サーミスタの抵抗値が変化することによっ
て、第４図に示した出力端子０ＵＴ２の電位が低下する
。もし流体の流れる方向が逆であれば、温度分布の方向
が逆になって、両ザーミスタの抵抗値がそれぞれ逆の方
向に変化し、出力端子０ＵＴ２の電位が上昇することに
なる。

このように流体の流れの方向を電圧の変化として検出す
ることができる。第６図はこのような流体の流れの方向
を電圧の変化に変換して、これをさらに２ビツトのデー
タとして求める回路を表す図において抵抗Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３はコンパレータＣＰＩおよびＣＦ２の参照電圧Ｖｌ
、Ｖ２を得るための分圧回路を構成している。コンパレ
ータＣＰＩはサーミスタＴｈｌとＴｈ２によって分圧さ
れたＶｘＯ値が■１を超える電圧となったとき“Ｈ”レ
ベルヲ出カスる。コンパレータＣＰ２はＶｘが■２を下
回る電圧となったとき“Ｈ”レベルを出力する。■はイ
ンバータであり、コンパレータＣＰ２の出力を反転させ
て出力端子Ｄ０に出力する。ここで、Ｒ１とＲ３の抵抗
値は等しく設定されていて、Ｒ２はサーミスタＴｈｌと
１゛ｈ２による分圧回路によって得られた電圧Ｖｘのわ
ずかな変化を無視するために挿入されている。

第７図は流体の流れの方向と電圧Ｖｘおよび出力データ
Ｄ、Ｄ、の関係を表す図である。図に示すようにＶｘが
ｖｌと■２の範囲内であるとき、流体は静止しているも
のとみなし、ＶＸ＜Ｖ２のときサーミスタＴｈｌからサ
ーミスタＴｈ２方向に流れているものとみなす。また、
Ｖ　ｌ　＜ＶｘのときＴｈ２からＴｈ１方向に流れてい
るものとみなし、それぞれ２ビツトのコードを出力する
。このようにして流体の流れの方向を２ビツトのデータ
として求めることができる。

上記実施例は流路の壁面にセンサユニットを取り付け、
流体がいずれの方向に流れているかを一次元の情報とし
て検知する例であったが、３コ以上の温度センサをヒー
タの周囲に配設することによって、二次元あるいは三次
元のデータとして流体の流れの方向を検知することがで
きる。

第８図は流体の流れを二次元の方向として検知するセン
サユニットの例を表す。同図穴はセンサユニットの断面
図を表し、（１３）は平面図および温度分布を表す図で
ある。同図穴に示すようにヒータＨの周囲の等距離の位
置に四つの温度センサが配設され、熱良導体３によって
モールドされている。同図（Ｂ）に示すように流体の流
れが二点鎖線の矢印方向に流れている場合、ヒータＨに
よって加熱されているセンサユニットの温度分布は温度
センサＴｈｌとＴｈ２の関係では右方向に、また温度セ
ンサＴｈ３とＴｈ４との関係では下方向にずれる。この
ようにンＡ度センサＴｈｌとＴｈ２によってＸ方向の流
れ方向を検知し、Ｔｈ３とＴｈ４によってＹ成分の流れ
方向を検知することができるなお、実施例は流体の流れ
方向のみについて検知する例を示したが、二つの温度セ
ンサの検出信号のレベル差の値から絶対的な流速を求め
るセンサとしても用いることができる。また、温度セン
サの値の設定やヒータとの位置関係などは、上記実施例
に限らず任意に設定し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の流体の流れ方向検知装置を用いた状
態を表す図、第２図は同検知装置におけるセンサユニッ
トを表す図、第３図は流体の流れによって生じる温度分
布の変化を表す図、第４図は流体の流れる方向を検知す
るための回路図、第５図（Ａｌ、　（Ｂｌは温度センサ
として用いられる二つのサーミスタの抵抗値の変化を表
す図、第６図は流体の流れの方向を２ビツトのデータと
して求めるための回路図、第７図は第６図における各部
の状態と流体の流れの方向との関係を表す図、第８図は
この発明の他の実施例を表す図である。 Ｔｈｌ、Ｔｈ２−サーミスタ（温度センサ）、Ｈ−ヒー
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体の流れの方向に沿って少なくとも二つの温度
   センサが配設されるとともに、この各温度センサーと熱
   結合しうる位置にヒータが配設されたセンサユニットと
   、 前記温度センサの各検出信号のレベル差を検出して流体
   の流れる方向を検知する方向検知手段とからなる流体の
   流れ方向検知装置。