JPH01250073A - 風向計 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、サーミスタを用いて構成する風向計のうち、
直熱一定電流型サーミスタ式風向計に関し、特に、複数
個のピラミッドセンサーを用いて測定したデータにもと
づいて、風向や風速等を検知出来るようにする多チャン
ネルサーミスタ式風向計に関する。

（従来の技術） 一般に空気等のような流体の流れる速度、つまり、風速
等を測定するためには、風見穴に代表されるように、垂
直軸のような機械的な回転軸を持ち、風圧によって回転
されることによって風向を示すものが用いられる場合が
多い。また、その風見穴に風車を設けて、その風車の回
転数が風速に比例することにより、風速も同時に表示出
来るようにする手段等が用いられる。

前述したような装置とは別に１、比較的高速度で流れる
空気流等に対しては、ピトー管等の装置が用いられるこ
とがあり、この装置の場合には、風速を２乗した値が、
圧力に比例するという原理を利用している。

上記したような従来より一般的に用いられている風速、
風向計等の装置は、比較的容易に風速等を測定出来るも
のであり、比較的正確な測定値を得ることが出来るもの
である。

しかし、上記したような一般的な測定装置によって得ら
れる値は、ある一定時間内での風速の平均値であり、瞬
間的な風速、あるいは、非常に知い時間内での風速の変
化を測定することは出来ないものである。これに加えて
、機械的な作動部材を有する装置の場合には、耐久性に
問題を有するものであるとともに、軸の摩擦等の影響に
よって、微小な流れの測定を行い得ない等の欠点がある
。

これに対して、非常に短い時間内での風速の変化等を測
定する方法として、熱線風速計等が多く用いられている
。この熱線風速計は、サーミスタを用いており、そのサ
ーミスタの抵抗値が温度によって変化することを利用し
ている。そして、上記したような風速尉においては、ブ
リッジ回路に組込んだサーミスタに流れる電流の変化を
測定することによって、容易に測定値を得ることが出来
るしのとされる。

また、上記したようなサーミスタを用いる風速計は、単
に、空気等のようなガス状の流体にのみ適用されるもの
ではなく、水や油等のような流体の流速を測定する手段
として用いることが可能であり、多くの種類の流体に適
用することが出来るものとなっている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したようなサーミスタを用いた風速耐にＪ５いては
、それに使用される勺−ミスタの抵抗値が、温度によっ
て変化するという特性があり、その温度による抵抗値の
変化の影響を除くための装置を設けている。

この装置として、流体の流れによる湿度の変化の測定部
分とは別に、温度計測手段を設けており、その温度計測
手段によって得られた温度変化を制御装置に入力し、そ
の値に応じて、流速測定部分からの入力値を補正するよ
うなｆ段が用いられる。

また、前記したような温度計測手段としては、サーミス
タが一般的に用いられている。

しかしながら、上記したような従来のサーミスタ式流速
計において、ブリッジ回路による回路を設ける場合には
、温度補正用の素子として、比較的熱容ｇの大きいもの
を用いることが必要である。

また、流速検出用のサーミスタは、比較的感度の高いも
のを用いることが必要であるために、それ等の全てのサ
ーミスタとして、同一規格のサーミスタを使用すること
が出来ず、各々の特性に応じたサーミスタを使用しなけ
ればならないという問題がある。

したがって、上記したような理由によって、２つの測定
部分に各々性能の異なるサーミスタを用いるとともに、
それぞれに対応した制御回路を組込むことが必要であり
、それ等の理由によって、センサー装置の形状が大型化
するという欠点があった。

また、上記したような従来のサーミスタを用いる装置に
代えて、第８図に示されるように、正方形状の熱絶縁基
板４１上の４つの辺に、白金ａｎりによる風向検知部材
４３．４３・・・・・・を設けるとともに、その基板４
１の中央部に風温検知部材４２を配置して、フローセン
サー４０を構成したものが用いられる場合がある。

そして、上記したようなセンサーにおいては。

白金簿膜を発熱させることによって、相対する素子の抵
抗値をブリッジ回路によって比較し、風向を検知するよ
うにされている。

しかしながら、上記したような従来の装置においては、
白金薄膜を使用しており、その測定感度が悪いために、
その制御装置の回路構成が複雑になり、電磁ノイズ等に
弱いという欠点がある。

また、風温検知部材４２と対向して風速検知素子が同一
平面に設けられており、それ等の素子が相互に熱の影響
を受けやすい構造であるために、測定誤差が大きくなる
という問題がある。それに加えて、上記したようなセン
サーを製造するためには、その製造装置が大がかりにな
る等の問題も発生する。

（発明の目的） 本発明は、上記したような従来より用いられている装置
の欠点を解潤するもので、構成が簡単であるとともに、
風向センサー自体が空気等の流れを乱すことがなく、狭
い空間内で風向、風温、風速を精度良く測定出来るよう
な装置を得ることを目的としている。

（問題点を解決するための手段およびｎｍ）本発明の多
チャンネルサーミスタ式風向計は、略ピラミッド状の保
持部材に対して、その頂部に風温検出サーミスタを、側
部に複数個の風速検出サーミスタをそれぞれ配置して設
け、それぞれのセンサーにより検知された値を風向計の
検出回路に入力し、Ｉ！ＩＷ検出サーミスタの信号と、
複数個の風速検出サーミスタからの信号との処理を行い
、風速信号と風向信号との２つの信号を出力させるよう
に構成し、前記ピラミッドセンサーを多数配置して、そ
れぞれのピラミッドセンサーによって得られる風速信号
と風向信号とを、風向計の制御装置に順次入力させるよ
うにすることによって、風向、風速、風温の３種類のデ
ータを得て、表示部に表示出来るように構成してなる装
置である。

また、本発明のセンサーは、直熱一定電流型サーミスタ
式流速計を用いるもので、ピラミッド状の保持部材に対
して、４個の風速検出サーミスタを各辺に対応させて配
置し、１個の風温検出サーミスタを頂部に設けているも
ので、そのような組合せ部材を１つのチャンネルの風向
センサーとして構成している。

そして、前記したようなサーミスタにより構成されたセ
ンサーを多数配置するとともに、各々のチャンネルのそ
れぞれのサーミスタ毎に、風速または風温の検出回路を
設けている。そして、これ等の出力信号を、各チャンネ
ル毎に１つの風温信号と４つの風速信号として、２種類
の信号線に分けて順番に出力し、風向計における風速と
風温とのそれぞれの信号処理回路に入力し、その風向計
により処理された信ｑを、表示部にグラフまたは、数字
等によって表示することが出来るようにしている。

したがって、本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計
においては、機械的な回転部材等を有していないために
、耐気性があり、サーミスタの感度が高いことより、微
弱な流れを良好な状態で測定することが出来るものであ
る。

また、本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計は、回
路の構成が簡素化出来るものであるとともに、電磁ノイ
ズ等の外部雑音の影響を受けにくいものであり、ピラミ
ッド状の保持部材に設けるサーミスタを同一規格のもの
で構成することが出来、センサーを小型化出来るものと
なる。

（実施例） 図示された例に従って、本発明の多チャンネルサーミス
タ式風向計の構成を説明する。

第１図に示されるように、本発明のピラミッドセンサー
１０は、略ピラミッド状の保持部材５に対して、モの頂
部に風温検出サーミスタ１を配置し、その保持部材の４
つの底辺に、それぞれ風速検出サーミスタ２ａ、２ｂ・
・・・・・を配置している。

そして、前記保持部材５の下部に設けたスペーサ６を、
測定装置のフレームから突出して設けた支持部材７に取
付け、風速等を測定する場所にセットすることが出来る
ようになっており、そのピラミッドセン勺−１０の各サ
ーミスタから、風向計の検出回路に信号を送るための信
号線を設けている。

本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計においては、
上記したようなピラミッドセンサー１０を多数設けてい
て、各ピラミッドセンサーを１つのチャンネルとして設
定し、多くのチャンネルからの測定値を、順次風速検出
回路に入力して、それらのセンサーからの検知情報によ
って、風向、風速、および、風温等の情報を装置の表示
部に出力させることが出来るようになっている。

第２図に示されるグラフは、本発明の装置における風向
笠の測定データの例を示すもので、ピラミッドセンサー
１０をＮ−８の各方向に正確に位置決めしておき、風の
方向がＥ方向からの場合に、そのピラミッドセンサーの
各風速検出サーミスタによって検知される値が、Ｎ、Ｓ
方向に強く現れる状態を示している。

上記したような測定結果を第３図に示されるような構成
の制御装置に入力し、その制御Ｓ＠の信号処理回路によ
って、所定の処理のＩＩ　ｆＩを行うようにするもので
ある。

この第３図に示される本発明の制御回路において、多数
個設けられるピラミッドセンサー１０・・・・・・の信
号は、各ピラミッドセンサーに対応するチャンネル１．
２．３・・・・・・ｎから、風向計２０に人力される。

この風向計２０は、各チャンネルに対応して配置される
検出回路２１から、スキャナー回路２２に入力され、該
スキャナー回路２２から風速と風温との信号として、以
下の増幅回路２４．２７に向けて出力される。

本発明の風向ｉｆ　２０の制御回路においては、前記増
幅回路２４．２７にリニアライザ２５．２８を接続し、
それらの各信号をマルチプレクサ２９を介してＡ／Ｄ変
換回路３０に出力し、Ａ／Ｄ変換回路３０からＲ８２３
２Ｃ変換回路３１を経て、パーソナルコンピュータ３２
に入力し、該パーソナルコンピュータ３２から表示部に
対してグラフ信号、または、数値信号の７ウトブツトデ
ータとして、風向、風速、および、風温が出力されるよ
うになっている。

本発明の上記した制御回路において、０？Ｉ記検出回路
２１には、各センサーのチャンネルに対応して、それぞ
れのチャンネルから入力される信号を、各々のチャンネ
ルに対応する検出回路が処理するように構成されている
もので、該検出回路によって処理された検知信号をスキ
ャナー回路２２に向けて出力する。

検出回路： 検出回路２１は、温度測定回路と、流速測定回路とから
構成されるもので、増幅回路２４．２７、および、１４
　ｍ補正回路２６と、リニアライザ２５．２８とともに
、センサーからの検知値の処理の動作を行うようになっ
ている。

そして、温度測定回路においては、風温測定用サーミス
タの温度による抵抗値の変化を、電圧信号として変換し
、その温度表示のみでなしに、風速測定用のセンサーの
温度依存性をも補正出来るようにされている。

また、これらの回路には、定電圧電源に接続される定電
流回路と、暴準電圧回路、および、ＩＩＩ温測定用サー
ミスタの測定値が入力されるブリッジ回路等が設けられ
ている。

風速測定回路は、流速ゼロ点補正回路、増幅回路２７、
風温補正回路２６、および、リニアライザ２８等により
構成されるもので、風速検出サーミスタからの測定値は
サーミスタの負性抵抗領域における流速感度−温度特性
の関係にもとづいて、温度に対応する出力電圧が得られ
、その出力電圧に対して補正係数を掛算することによっ
て、周囲温度に影響されない信号を出力することが出来
ろようになっている。

スキャナー回路およびコントロール回路；スキャナー回
路２２は、ｎ×５（チャンネルの数とり一ミスタセンサ
ーの数）のデジタル制御が可能な差動入力型のＣ−ＭＯ
Ｓスイッチ群と、風温信号と風速信号とを判別する同一
規格のＣ−Ｍｏ５スイッチ１組とで構成される。

そして、これ等の各スイッチの動作は、コントロール回
路２３によってデジタル制御が行われ、それぞれのスイ
ッチのオン・オフの制御の動作が行われる。

また、上記したスキャナー回路２２からの出力は、前記
ピラミッドセンサーの各センサーに対応して、風温デー
タ、風速データ１．２．３．４の順序で、チャンネル１
から順次行われ、次いで、チャンネル２、チャンネル３
・・・・・・から次々と出力されるものとなる。

マルチプレクサ： マルチプレクサ２９は、スキャナー回路２２によって分
類された風温信号と、）ぶ速信号とを、再度同一の信号
線に合流さｔ！、Ａ／Ｄ変挽回路３０に向けて出力する
ための回路である。

Ａ／Ｄ変換回路； Ａ／ＤＩ換回路３０においては、マルチプレクサ２つで
合流されたアナログ信号を、１０ビツトのデジタル信号
（パラレル）に変換して、Ｒ８２３２Ｃ変換回路３１に
向けて出力する。

Ｒ８２３２Ｃ変換回路： このＲ８２３２Ｃ変換回路３１は、市販のものを用いる
ことが出来、△／Ｄ変換回路から出力される１０ビツト
のパラレル信号を、Ｒ８２３２Ｃでシリアル信号に変換
し、マイクロコンビエータ３２に向けて出力する。

バーンナルコンピュータ； 本発明の多チャンネルサーミスタ式風向組用に設定され
たプログラムにしたがって、入力されたデータの処理の
動作を行うように構成される。すなわち、ピラミッドセ
ンサーの４つの風速検出センサーをＮＳＥ、Ｓ、Ｗとし
、そのぞれのセンサーからの風速データをｎ、ｅ、ｓ、
ｗとすると、次のような手順によって風向が求められる
。

（１）　風速値の大きい順に並べる。

（２）　象限を判別する。

大きい風速検出サーミスタの位置が、Ｎ−＋Ｗ→Ｓ−＋
Ｅのサイクルで隣合っている場合、ア）　ＥとＮの場合
・・・・・・第１象限イ）　ＮとＷの場合・・・・・・
第２象限つ）　ＷとＳの場合・・・・・・第３象限工）
　ＳとＥの場合・・・・・−第４象限ただし、大きい２
つの風速検出サーミスタの位置が、Ｎ−＋Ｗ−８−＋Ｅ
の勺イクルで隣合っていない場合には、３番目に大きい
値の位置を無条件に風向としＣ設定する。

（３）第４図に示されるようにして、 α＝　（ｅ＋ｗ）／　（ｎ＋ｓ＞なる風向係数αを計口
する。

ただし、第１および第３象限の場合、前記αを１／α−
（ｎ＋ｓ）／　（ｅ＋ｗ）とすると、各象限において、
Ｏ〜９０’の角度範囲において、第５図に示されるグラ
フのように、同一特性の係数αを得ることが出来る。

したがって、各象限における風向角度θは、θ＝ｆ（α
）＋ＣＩ　　　　Ｃ１：補正係数によって得ることが出
来る。

また、風速値の算出は、上記（１）の式で並べ変えた出
力値のうち最大値をとれば、±２０％程度の精度を得る
ことが出来るが、風向角度θが得られているので、次の
式によ る風向補正が可能である。

ｆｆ１ｌ値：　Ｖ＝ＶＨａｘ　＋　（Ｖ　（θ）＋０２
）ｖＨａＸ：４つの風速値の最大値 Ｃ２：補正係数 上記したように、本発明の多チャンネルサーミスタ式風
向］は、直流一定電流型サーミスタ式流速計を風速計と
して応用するものであり、４個の風速検出サーミスタ２
と、１個の風温検出サーミスタ１とをピラミッド状の保
持部材５の頂部と、底の４つの辺の部分にそれぞれ取付
け、ピラミッドセンサーを形成している。

そして、多数のピラミッドセンサーをそれぞれの１つの
チせンネルとして設定し、それ等のセンサーの検知値を
検出回路２１を介してスキャナー回路２２に入力し、コ
ントロール回路２３によりコントロールされるスキャナ
ー回路２２で、Ｃ−ＭＯ，Ｓスイッチにより各ピラミッ
ドセンサーからの風速と風温との、それぞれのサーミス
タからの信号を処理する。

・前記各チャンネルからの信号は、２つの信号線で順番
に出力され、１つの風温信号は、増幅回路２４とリニア
ライザ２５とによって実際の温度に対応した信号に変換
される。また、４つの風速信号は、増幅回路２７と、実
際の温度に対応した信号を入力に持つ風温補正回路２６
と、リニアライザ２８とによって、実際の風速値に対応
した信号に変換する。

上記したようにして得られた２種類の信号を、再度、マ
ルチプレクサ２９に入力して１種類の信号線に統合し、
この信号をＡ／Ｄ変換回路３０によってデジタル信号に
変換し、次いで、Ｒ３２３２Ｃ変換回路３１によってシ
リアル信号に変換して、ＲＳ　２３２　Ｃケーブルを介
してパーソナルコンピュータ３２に入力する。

パーソナルコンピュータ３２においては、４つの風速値
の大小関係から風向を算出し、風向、風速、風温の３種
類のデータを、表示部に対して数字またはグラフで表示
するようにしている。

したがって、本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計
においては、ナーミスタと制御回路のみによって構成さ
れているので、耐久性があり、サーミスタの感度が高い
という利点から、微弱な流れの中でも測定を行うことが
出来、回路構成が簡単で、電磁ノイズ等の外部雑音の影
響を受けにくいという利点を有している。

また、ピラミッドセンサーに取付けた５つのサーミスタ
は全て同一規格のもので、非常に小さいものを使用する
ことが出来るので、ピラミッド状の保持部材の形状を小
さくすることが可能である。

さらに、本発明の装置においては、風温検出サーミスタ
をピラミッドの頂部に、４つの風速検出サーミスタをピ
ラミッドの各底辺の部分に配置しており、それ等のサー
ミスタが立体的に配置されているので、相互に熱の影響
を受けにくい構造のものとなっている。

したがって、本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計
においては、風温および風速の測定精度が高く、また、
風速値を直接測定して、その大小関係から風向を求める
方式のため、別に風速測定用のサーミスタを設ける必要
がない。

また、本発明のピラミッドは、容易に平面的な指向性を
持たせることが出来、三次元センサーとしても応用する
ことが出来る。さらに、本発明の装置においては、スキ
ャナー回路にＣ−ＭＯＳスイッチを用いているので、機
械的な接点がないために、装置の寿命が長く、処理動作
の高速化が可能である。

上記したような本発明の多チャンネルサーミスタ式風向
計において、ピラミッドセンサーとして第６図（ａ）〜
（ｅ）に示されるような構成の装置を用いることが可能
である。

この第６図に示される実施例において、風速検出サーミ
スタが風の流れを乱したり、他の而に風を流すことを防
止するために、該風速検出サーミスタの取付は部分を凹
部に形成し、１つの風速検出サーミスタに当たった風が
、他の風速検出サーミスタに影響を与えることがないよ
うに構成しているものである。

例えば、同図（ａ）に示される例においては、ピラミッ
ド状に保持部材１０ａを形成しているが、上記したよう
に、風速検出サーミスタ２を設ける部分は四部に設定さ
れている。

また、同図（ｂ）に示される例においては、保持部材１
０ｂを四角のブロック形状に構成し、その上面の中央に
風温検出サーミスタ１を配置し、他の４つの側辺の部分
には凹部を介してそれぞれ４つの風速検出サーミスタ２
を配置する。

同図（Ｃ）に示される実施例においては、保持部材１０
ｃを略三角形状のものとして構成し、上面の中央部に風
温検出サーミスタ１を配置し、池の３つの側辺の部分に
凹部を介して風速検出サーミスタ２を設けたものである
。

ざらに、同図（ｄ）に示される例においては、棒状の保
持部材１０ｄの所定の位置に、風温検出サーミスタ１と
、ＸＹ平面に対して風の流れの影響を受けない風速検出
サーミスタ２を各々１個だけ設けている。ぞして、風向
検出サーミスタ３を取付ける部分を、突出部材１０ｅの
ように、風の流れの影響が特定され得るように特殊な形
状に形成した部材に対して設け、風速、風向と風温どを
同時に測定出来るようにすることが可能なものとしで構
成されている。

上記したような各実施例は、保持部材を構成した後で、
その保持部材の特定の部分にサーミスタを取付けた場合
の例であるが、本発明の装置にＪ３いては、第７図に示
されるように、ピラミッド状の保持部材５をセラミック
によって一体に作成し、その所定の部分に電極を設ける
とともに、該電極の上にサーミスタの厚膜を印刷し、さ
らに焼結を行うことによって、ピラミッドセンサー１０
を作成することも可能である。

なお、本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計におい
て、ピラミッドセン（ノーの数等の条件は、測定される
対象物によって決定されるものであり、比較的小さな機
械装置の内部での風向や風速等を測定する場合には、そ
の装置内部に配置されるピラミッドセンサーの数は少な
くても良いものである。

それに対して、比較的大きな装置での全体の風の流れ等
を測定する場合には、多くのピラミッドセンサーを用い
て、その装置内部での風向や風速等を厳密に測定するこ
と等の任意の状態での測定値を得ることが出来るものと
なる。

また、本発明のセンサーは、特に、第６図に示されるよ
うな装置として構成した場合には、Ｚ軸方向からの風の
流れをカット出来るように構成しているので、これらの
センサーを複数個軸線を変えて組合せて配置することに
よって、三次元風向センサーとして利用することが出来
るものとなる。

そして、本発明のセンサーは、その組合せ状態を適宜選
択することによって、機械装置内での風向や風速等を容
易に検知出来るものであるが、従来の１虱向計のように
、自然の風の流れ等の測定装置としても用いることが可
能なもので、ハンディな測定装置を構成することが出来
るものとなる。

（発明の効果） 本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計は、上記した
ような構成を有するものであるから、ピラミッドセンサ
ーを非常に小型の装置として構成することが出来、測定
装置全体を小型に構成出来るとともに、測定精度を向上
させることが可能である。

また、本発明の多チャンネルサーミスタ式風向計は、ピ
ラミッドセンサーによって風の流れを乱したりすること
がないので、非常に狭い機械装置の内部での風向や風速
、風温等の測定を行うことが出来るもので、特に複写撮
等のような装置での冷却空気の流れ等の測定を行う場合
に大きな効果を発揮させることが出来るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピラミッドセンサーの斜視図、第２図
は本発明のピラミッドセンサーによる測定値の状態を示
すグラフ、第３図は本発明の制御回路の構成を示すブロ
ック図、第４図は風向係数αの角度特性を示すグラフ、
第５図は第４図のグラフにおいて第１象限と第３象限で
、α−１／αとし、それぞれの象限で０〜９０°での角
度変位に換算した風向係数αの角度特性を示すグラフ、
第６図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のピラミッドセ
ンサーの他の形状を示す説明図、第７図はセラミックに
よって−・体にピラミッドセンサーを構成する例の斜視
図であり、第８図は従来例のセンサーの構成を示す説明
図である。 図中の符号 １・・・・・・風温検出サーミスタ、２・・・・・・風
速検出サーミスタ、５・・・・・・保持部材、１０・・
・・・・ピラミッドセンサー、２０・・・・・・風向計
、２１・・・・・・検出回路、２２・・・・・・スキャ
ナー回路、２３・・・・・・コントロール回路、２４・
・・・・・増幅回路、２５・・・・・・リニアライザ、
２６・・・・・・風温補正回路、２７・・・・・・増幅
回路、２８・・・・・・リニアライザ、２９・・・・・
・マルチプレクサ、３０・・・・・・Ａ／Ｄ変換回路、
３１・・・・・・Ｒ８２３２Ｃ変換回路、３２・・・・
・・パーソナルコンピュータ。 第１図 第２図 第４図 第５図 ４／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 略ピラミッド状の保持部材に対して、その頂部に風温検
   出サーミスタを、側部に複数個の風速検出サーミスタを
   それぞれ配置して設け、 それぞれのセンサーにより検知された値を風向計の検出
   回路に入力し、風温検出サーミスタの信号と、複数個の
   風速検出サーミスタからの信号との処理を行い、風速信
   号と風向信号との２つの信号を出力させるように構成し
   、 前記ピラミッドセンサーを多数配置して、それぞれのピ
   ラミッドセンサーによって得られる風速信号と風向信号
   とを、風向計の制御装置に順次入力させるようにするこ
   とによって、風向、風速、風温の３種類のデータを得て
   、表示部に表示出来るように構成したことを特徴とする
   多チャンネルサーミスタ式風向計。