JPH04332867A - 熱線風速計 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱線風速計に関し、特に
その温度補償精度を向上させるようにした熱線風速計に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のブリッジ回路を用いた熱線風速計
は図４にその一例を示すように、感温素子として例えば
白金線１を用い、白金線１と抵抗Ｒ１，Ｒ２及び感温抵
抗Ｒ３によってブリッジ回路２を構成し、白金線１が所
定温度となる抵抗値でブリッジ回路２を平衡させる。そ
してブリッジ回路２の両端の電圧を帰還増幅器３の一対
の入力端に接続し、帰還増幅器３からブリッジ回路２に
フィードバックし、白金線１を発熱させてブリッジの平
衡状態とする。こうしてブリッジ回路２の両端の電圧変
化に応じて白金線１を通過する流体の速度Ｕを次式によ
って測定していた。

【数１】 ここでａ，ｂは定数，ＴＰ　は白金線１の温度、Ｔは風
温である。そして温度補償のためにブリッジの一辺に風
速素子と同じ温度係数を持つ感温素子Ｒ３を組み込んで
、風温Ｔが変化しても熱放散量、即ち白金線１の温度Ｔ
Ｐ　と風温の差（ＴＰ　−Ｔ）が常に一定となるように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の熱
線風速計においては、素子の物性値の違い等によって完
全には温度補償はできなかった。例えばブリッジ回路の
両端の出力電圧に対する風速の変化が風温によって異な
り、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すようにその特性曲
線が変化する。そして温度補償精度を向上させるために
は、これらの曲線を一致させる必要があった。従ってブ
リッジ回路の一辺にこれらの特性曲線が交点を持つよう
に調整している。しかしながらこのように温度補償を行
っても、指示値に対して±５％程度の誤差が残り、これ
以上の補償をすることは難しいという欠点があった。本
発明はこのような従来の熱線風速計の問題点に鑑みてな
されたものであって、温度補償精度を大幅に向上できる
ようにすることを技術的課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明は
一端に感温素子を含んで構成されるブリッジ回路と、ブ
リッジ回路の両端の電圧差を入力として温度差が一定と
なるように帰還する帰還増幅器とを含み、帰還増幅器の
帰還量に基づいて風速を測定する熱線風速計であって、
測定すべき流体の風温Ｔを測定する風温測定手段と、風
温の測定範囲内での第１，第２の風温Ｔ１，Ｔ２におけ
る第１，第２の風速・出力電圧特性を記憶する記憶手段
と、第１，第２の風速・出力電圧特性の交点電圧をＣと
し、測定風速Ｕ１，Ｕ２での第１の基準風速・電圧特性
の電圧値をＡ，Ｅ、第２の風速・出力電圧特性の電圧値
を夫々Ｂ，Ｄとし、測定風温をＴ、風温Ｔでの出力電圧
をＶＴ　とすると、次式 ＶＴ１＝（ＶＴ　−Ｃ）×（ａＴ＋ｂ）＋Ｃ（ＶＴ　≧
Ｃ） ＶＴ１＝Ｃ−（ｅＴ＋ｆ） （ＶＴ　＜Ｃ） 但し、 ａ，ｂ，ｅ，ｆは次式 ａ＝（α１−１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｂ＝（Ｔ２−Ｔ１α１）／（Ｔ２−Ｔ１）ｅ＝（α２−
１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｆ＝（Ｔ２−Ｔ１α２）／（Ｔ２−Ｔ１）α１＝（Ａ−
Ｃ）／（Ｂ−Ｃ） α２＝（Ｃ−Ｅ）／（Ｃ−Ｄ） により第１の風速・出力電圧特性に変換した電圧値ＶＴ
１を演算する演算手段と、演算手段によって算出された
第１の風速・出力電圧特性での電圧値ＶＴ１に対応した
風速値を記憶手段より読出して出力する風速値読出手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【０００５】本願の請求項２の発明は一端に感温素子を
含んで構成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路の両端
の電圧差を入力として温度差が一定となるように帰還す
る帰還増幅器とを含み、帰還増幅器の帰還量に基づいて
風速を測定する熱線風速計であって、測定すべき流体の
風温Ｔを測定する風温測定手段と、風温の測定範囲内で
の第１，第２の風温Ｔ１，Ｔ２における第１，第２の風
速・出力電圧特性の交点電圧をＣとし、測定風速Ｕ１，
Ｕ２での第１の基準風速・電圧特性の電圧値をＡ，Ｅ、
第２の風速・出力電圧特性の電圧値を夫々Ｂ，Ｄとし、
測定風温をＴ、風温Ｔでの出力電圧をＶＴ　とすると、
次式 ＶＴ１＝（ＶＴ　−Ｃ）×（ａＴ＋ｂ）＋Ｃ（ＶＴ　≧
Ｃ） ＶＴ１＝Ｃ−（ｅＴ＋ｆ） （ＶＴ　＜Ｃ） 但し、 ａ，ｂ，ｅ，ｆは次式 ａ＝（α１−１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｂ＝（Ｔ２−Ｔ１α１）／（Ｔ２−Ｔ１）ｅ＝（α２−
１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｆ＝（Ｔ２−Ｔ１α２）／（Ｔ２−Ｔ１）α１＝（Ａ−
Ｃ）／（Ｂ−Ｃ） α２＝（Ｃ−Ｅ）／（Ｃ−Ｄ） により第１の風速・出力電圧特性に変換した電圧値ＶＴ
１を演算する演算手段と、第１の風温Ｔ１での各出力電
圧に対する風速値及び演算手段での変換式を記憶する記
憶手段と、演算手段によって算出された第１の風速・出
力電圧特性での電圧値ＶＴ１に対応した風速値を記憶手
段より読出して出力する風速値読出手段と、を具備する
ことを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、風温測定手段によって測定すべき流体の風温
Ｔを測定し、第１，第２の風温での風速に対する出力電
圧特性を記憶した記憶手段のデータに基づいて、任意の
風温での出力電圧値を演算手段によって変換し、その変
換された出力電圧値に対応する風速値を風速値読出手段
によって記憶手段から読出して出力するようにしている
。又本願の請求項２の発明では、第１の風温での風速に
対する出力電圧特性とその変換式をあらかじめ記憶手段
に記憶させておき、現在の流体の風温Ｔと得られた出力
電圧に基づいてその変換式に基づいて変換して第１の風
温での出力電圧に変換し、それに対応する風速値を風速
値読出手段によって記憶手段から読出して出力している
。

【０００７】

【実施例】次に本発明の熱線風速計について図面を参照
しつつ説明する。図１は本発明の一実施例による熱線風
速計の構成を示すブロック図である。本図において抵抗
Ｒ１，Ｒ２と白金線１及び感温抵抗Ｒ３によってブリッ
ジ回路２が構成されており、そのブリッジ回路２の両端
はフィードバック用の帰還増幅器３に接続される。そし
てその出力をブリッジ回路２にフィードバックすること
によって、ブリッジ回路２を平衡に保っている。さてこ
の両端の電圧を測定するために、本実施例ではブリッジ
回路２の一端を一定の抵抗値、例えば１０Ωを持つ抵抗
Ｒ４によって接地しており、その一端は増幅器１１の入
力端に接続される。又この熱線風速計は温度を電圧に変
換する温度センサ１２を有しており、その出力は増幅器
１３を介してＡ／Ｄ変換器１４に与えられる。ここで温
度センサ１２及び増幅器１３は風温測定手段を構成して
いる。Ａ／Ｄ変換器１４はこれらのアナログ信号を順次
デジタル信号に変換するものであって、その出力は入力
インターフェース１５を介してＣＰＵ１６に与えられる
。 ＣＰＵ１６には後述するように第１の風速・出力電圧特
性の特性曲線及び第２の風速・出力電圧特性又はその変
換演算式を記憶するメモリ１７が接続される。ＣＰＵ１
６の出力は出力インターフェース１８を介して表示器１
９に与えられる。表示器１９は現在の温度と風速を同時
に表示するものである。ＣＰＵ１６は後述するように、
所定の処理手順によって設定された変換式により出力電
圧値を変換する演算手段２１と、演算された出力電圧値
に基づいてメモリ１７から風速値を読出す風速値読出手
段２２を有しており、読出された風速値を出力インター
フェース１８に与えるものである。

【０００８】次に本発明の測定原理について説明する。 本発明では図２に風速に対する出力電圧の変化特性を示
すように、あらかじめ各風速に対する出力電圧の変化を
周囲の風温Ｔが第１，第２の所定温度、例えば２０℃及
び８０℃の特性を測定し、その特性曲線を用いて出力電
圧と変換する。即ち図２に示すような特性曲線Ｌ及びＨ
が得られたものとする。そしてその一致点の出力電圧値
をＣとし、測定範囲での所定の風速Ｕ１，Ｕ２、例えば
５０ｍ／ｓ　と０ｍ／ｓ　との夫々の風速に対する出力
電圧値をＡ，Ｂ，Ｅ，Ｄとする。風速値が出力電圧Ｃ以
上の風速での２つの曲線が所定の風速Ｕ１、例えば５０
ｍ／ｓ　で、風温が８０℃の曲線Ｈと２０℃の曲線Ｌと
が一致するように、補正係数α１を次式で求める。 α１＝（Ａ−Ｃ）／（Ｂ−Ｃ）　　・・・（１）又風速
値が出力電圧Ｃ未満のときの風速での２つの曲線が所定
の風速、例えば０ｍ／ｓ　で曲線Ｈと２０℃の曲線Ｌと
が一致するように変換係数α２を同様にして求める。 α２＝（Ｃ−Ｅ）／（Ｃ−Ｄ）　　・・・（２）こうす
れば風温８０℃に対する風温２０℃に出力電圧を変換し
た出力電圧Ｖ２０の変換式は、８０℃での出力電圧をＶ
８０として次式で表される。 Ｖ８０≧Ｃのとき Ｖ２０＝（Ｖ８０−Ｃ）×α１＋Ｃ　　・・・（３）Ｖ
８０＜Ｃのとき Ｖ２０＝Ｃ−（Ｃ−Ｖ８０）×α２　　・・・（４）

【
０００９】次に任意の温度に対する補正係数をα１，α
２の夫々について比例配分によって求める。ここで任意
の補正係数α１を次式で表す。 α＝ａ×Ｔ＋ｂ そしてα１について次の２つの式（５−１），（５−２
）が成り立つようにａ，ｂを定める。 １＝２０ａ＋ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（５−１）α１＝８０ａ＋ｂ　　　　　　　　　　　
　　　・・・（５−２）この式（５−１），（５−２）
をａ，ｂについて解くと、次式が得られる。 ａ＝（α１−１）／６０ ｂ＝１−（α１−１）／３ これは一般的には温度Ｔ１，Ｔ２を用いて以下のように
表される。 ａ＝（α１−１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｂ＝（Ｔ２−Ｔ１α１）／（Ｔ２−Ｔ１）こうすればａ
，ｂが次式で求まり、補正係数α１を任意の温度に対し
て適用することができる。

【００１０】又出力電圧が電圧値Ｃ以下のときにも同様
にして、α２を比例配分によって算出する。この場合の
基本式を α２＝ｅ×Ｔ＋ｆ として次の２つの式（６−１），（６−２）が成り立つ
ようにｅ，ｆを求める。 １＝２０ｅ＋ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（６−１）α２＝８０ｅ＋ｆ　　　　　　　　　　　
　　　・・・（６−２）従って係数ｅ，ｆは次式で定ま
る。 ｅ＝（α２−１）／６０ ｆ＝１−（α２−１）／３ これら一般的には温度Ｔ１，Ｔ２を用いて以下のように
表される。 ｅ＝（α２−１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｆ＝（Ｔ２−Ｔ１α２）／（Ｔ２−Ｔ１）

【００１１】
前述した式（１）〜（６）より変換式は次のように表現
することができる。ここでＶ２０は２０℃での出力電圧
、ＶＴ　は風温Ｔでの出力電圧である。 ＶＴ　≧Ｃのとき 　　Ｖ２０＝（ＶＴ　−Ｃ）×（ａＴ＋ｂ）＋Ｃ　　・
・・（７−１）ＶＴ　＜Ｃのとき 　　Ｖ２０＝Ｃ−（ｅＴ＋ｆ）　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（７−２）ＣＰＵ１６の演算手段２１
はメモリ１７から読出した曲線Ｌ及びＨのデータと上述
した式に基づいて、現在の温度Ｔでの出力電圧ＶＴ　を
出力電圧Ｖ２０に変換するように演算する。そして風温
２０℃での出力電圧Ｖ２０に基づいて、風速値読出手段
２２によりあらかじめメモリ１７に記憶させておいたＶ
２０の特性曲線によって風速を読出し、風速値を表示器
１８によって表示する。ここで変換式は一般的には温度
Ｔ１を用いて以下のように書き表される。 ＶＴ１＝（ＶＴ　−Ｃ）×（ａＴ＋ｂ）＋Ｃ（ＶＴ　≧
Ｃ） ＶＴ１＝Ｃ−（ｅＴ＋ｆ） （ＶＴ　＜Ｃ）

【００１２】次に本実施例の具体的な動作例について説
明する。まず図１に示すように低い所定の風温、例えば
２０℃と高い所定の風温、例えば８０℃の場合の各風速
についての電圧測定値Ｖ２０，　Ｖ８０について測定し
た特性曲線をメモリ１７に保持する。次の表１はその特
性を示しており、この場合変換の程度を確認するために
風温が４０℃及び６０℃でも同様にして特性をとって示
している。

【表１】 この表において基準風速が３ｍ／ｓ　のときに各温度の
特性曲線の出力電圧値が夫々０．５５２　〜０．５５４
　でほぼ一致している。従ってこの点をＣとし、前述し
たようにＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅを夫々表から０．９７５，　０
９４３，　０．３３９及び０．３１０　として読出す。 そして前述した式（１）〜（６）に基づいて式（７）に
より測定温度Ｔでの風温２０℃に換算した電圧値を求め
る。表２はこうして求めた各温度及び風速での変換した
電圧値を示すものである。

【表２】 この表より明らかなように変換する前に比べて電圧値を
大幅に２０℃での特性に一致させることができ、誤差を
大幅に低減することができる。こうしてＶ２０の値に換
算した出力電圧値を用いて温度２０℃での電圧値に対応
する風速値をメモリ１７より読出して出力インターフェ
ース１８を介して表示器１９に表示する。

【００１３】次に異なったセンサである白金線１を用い
て、同様にして基準風速に対する各温度の特性曲線を表
３に示す。

【表３】

【００１４】そしてこの表３についても式（１）〜（６
）を用いて同様にして変換する。次の表４は各測定温度
に対して風温２０℃に換算した電圧値を示すものである
。

【表４】 この場合にも２つの曲線の交点は異なっているが、同様
にして大幅に電圧値を変換することができる。こうして
得られた２０℃での電圧に基づいて、２０℃での電圧値
に対応する風速をメモリ１７から読出して表示器１９に
より表示する。尚本実施例では第１，第２の温度Ｔ１，
Ｔ２での風速に対する出力電圧値をメモリに記憶するよ
うにしているが、この特性曲線をあらかじめ測定して風
温Ｔ１での出力電圧と風速に対する特性曲線、及びその
変換式のみを記憶させておくこもできる。又これらの特
性曲線を一旦測定した後、そのセンサを用いる限り常に
同一の変換式を用いることができるため、リードオンリ
メモリに記憶させておくこともできる。

【００１５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、従来の調整抵抗等によっては不可能であった風温に
よる風速に対する出力電圧の変化を、あらかじめ記憶手
段のデータを用いて変換することによって、風速の測定
精度を大幅に向上させることができる。このため本発明
では高精度の風速計に対して極めて有用となる。又構成
された出力電圧値は常に風温Ｔ１の出力電圧値に変換さ
れているため、測定時の風温に精度が影響されることが
なく、常に一定の精度で風速値を出力することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による熱線風速計の全体構成を
示すブロック図である。

【図２】本実施例の熱線風速計の異なった温度での風速
に対する出力電圧の特性を示すグラフである。

【図３】本実施例の風速に対する出力電圧の異なった特
性例を示すグラフである。

【図４】従来の熱線風速計のブロック回路部分を示す回
路図である。

【図５】実施例の熱線風速計の風速と出力電圧の変化を
示すグラフである。

【符号の説明】

１　　白金線 ２　　ブリッジ回路 ３，１１，１３　　増幅器 １２　　温度センサ １４　　Ａ／Ｄ変換器 １６　　ＣＰＵ １７　　メモリ １９　　表示器 ２１　　演算手段 ２２　　風速値読出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一端に感温素子を含んで構成されるブ
   リッジ回路と、前記ブリッジ回路の両端の電圧差を入力
   として温度差が一定となるように帰還する帰還増幅器と
   を含み、前記帰還増幅器の帰還量に基づいて風速を測定
   する熱線風速計であって、測定すべき流体の風温Ｔを測
   定する風温測定手段と、風温の測定範囲内での第１，第
   ２の風温Ｔ１，Ｔ２における第１，第２の風速・出力電
   圧特性を記憶する記憶手段と、前記第１，第２の風速・
   出力電圧特性の交点電圧をＣとし、測定風速Ｕ１，Ｕ２
   での第１の基準風速・電圧特性の電圧値をＡ，Ｅ、第２
   の風速・出力電圧特性の電圧値を夫々Ｂ，Ｄとし、測定
   風温をＴ、風温Ｔでの出力電圧をＶＴ　とすると、次式
   ＶＴ１＝（ＶＴ　−Ｃ）×（ａＴ＋ｂ）＋Ｃ（ＶＴ　≧
   Ｃ） ＶＴ１＝Ｃ−（ｅＴ＋ｆ） （ＶＴ　＜Ｃ） 但し、 ａ，ｂ，ｅ，ｆは次式 ａ＝（α１−１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｂ＝（Ｔ２−Ｔ１α１）／（Ｔ２−Ｔ１）ｅ＝（α２−
   １）／（Ｔ２−Ｔ１） ｆ＝（Ｔ２−Ｔ１α２）／（Ｔ２−Ｔ１）α１＝（Ａ−
   Ｃ）／（Ｂ−Ｃ） α２＝（Ｃ−Ｅ）／（Ｃ−Ｄ） により前記第１の風速・出力電圧特性に変換した電圧値
   ＶＴ１を演算する演算手段と、前記演算手段によって算
   出された第１の風速・出力電圧特性での電圧値ＶＴ１に
   対応した風速値を前記記憶手段より読出して出力する風
   速値読出手段と、を具備することを特徴とする熱線風速
   計。
2. 【請求項２】　　一端に感温素子を含んで構成されるブ
   リッジ回路と、前記ブリッジ回路の両端の電圧差を入力
   として温度差が一定となるように帰還する帰還増幅器と
   を含み、前記帰還増幅器の帰還量に基づいて風速を測定
   する熱線風速計であって、測定すべき流体の風温Ｔを測
   定する風温測定手段と、風温の測定範囲内での第１，第
   ２の風温Ｔ１，Ｔ２における第１，第２の風速・出力電
   圧特性の交点電圧をＣとし、測定風速Ｕ１，Ｕ２での第
   １の基準風速・電圧特性の電圧値をＡ，Ｅ、第２の風速
   ・出力電圧特性の電圧値を夫々Ｂ，Ｄとし、測定風温を
   Ｔ、風温Ｔでの出力電圧をＶＴ　とすると、次式ＶＴ１
   ＝（ＶＴ　−Ｃ）×（ａＴ＋ｂ）＋Ｃ（ＶＴ　≧Ｃ） ＶＴ１＝Ｃ−（ｅＴ＋ｆ） （ＶＴ　＜Ｃ） 但し、 ａ，ｂ，ｅ，ｆは次式 ａ＝（α１−１）／（Ｔ２−Ｔ１） ｂ＝（Ｔ２−Ｔ１α１）／（Ｔ２−Ｔ１）ｅ＝（α２−
   １）／（Ｔ２−Ｔ１） ｆ＝（Ｔ２−Ｔ１α２）／（Ｔ２−Ｔ１）α１＝（Ａ−
   Ｃ）／（Ｂ−Ｃ） α２＝（Ｃ−Ｅ）／（Ｃ−Ｄ） により前記第１の風速・出力電圧特性に変換した電圧値
   ＶＴ１を演算する演算手段と、前記第１の風温Ｔ１での
   各出力電圧に対する風速値及び前記演算手段での変換式
   を記憶する記憶手段と、前記演算手段によって算出され
   た第１の風速・出力電圧特性での電圧値ＶＴ１に対応し
   た風速値を前記記憶手段より読出して出力する風速値読
   出手段と、を具備することを特徴とする熱線風速計。