JPH065635Y2 - 流速センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は風速センサ等の流速を測定する熱線型の流速セ
ンサに関するものである。

〔従来技術〕

従来の熱線型風速センサは白金線等の細いワイヤを流速
センサ素子として用いてブリッジ回路が構成されてい
る。第３図はこのような従来の風速センサを示す回路図
である。本図において抵抗Ｒ１，Ｒ２と白金等のワイヤ
から成る風速センサ素子１、及びこれと同一の特性を有
し測定すべき大気の風温を測定する温度補償素子２がブ
リッジ接続されてブリッジ回路３を構成している。そし
てブリッジ回路３の一端は接地され他端はトランジスタ
Ｔr１より定電圧源４を介して電圧が供給される。この
ブリッジ回路３の両端、即ち風速センサ素子１，温度補
償素子２の夫々の端子電圧は差動増幅器５に与えられ
る。差動増幅器５はこの電圧差を増幅するものであっ
て、増幅出力はトランジスタＴr１に与えられる。さて
風速センサ素子１を風速測定領域に配置した場合には、
定電圧源４よりトランジスタＴr１を介してブリッジ回
路３に電源が供給され、風速センサ１が加熱される。こ
の風速センサ素子１は風速値に対応して抵抗値が変化し
ブリッジの両端の電圧変化となって現れるが、風速セン
サ素子１の温度が一定となるように差動増幅器５を介し
てトランジスタＴr１のベース電圧が制御される。従っ
てトランジスタＴr１の両端の電圧が変化することとな
ってブリッジの平衡が保たれる。そしてこのときの差動
出力を風速信号として出力している。

〔考案が解決しようとする課題〕

さて風速センサでは、風速センサ素子１を実際に風速測
定すべき場所に配置する必要があるが、電源を含む全て
の回路部分を同一の筐体内に収納することはできない。
従って通常はその一部をプローブとして本体と分離して
いる。例えば特開昭56-145359号では、風速センサ素子
１と温度補償素子２とをプローブとして本体側と分離し
ている。しかしこのプローブとブリッジ回路の他の固定
抵抗とを接続するワイヤの銅線抵抗によってブリッジ回
路の回路条件が異なるため、各ブリッジ毎に調整が必要
となる。そこでプローブの交換を容易にするためには、
ブリッジ回路の全てをプローブ内に収納することが好ま
しい。これに加えて差動増幅器とトランジスタＴr１に
よってフィードバックループが形成されるため、このル
ープ内の素子も全てプローブ内に収納することが好まし
い。しかしながらこのような従来の風速センサによれ
ば、風速値が大きくなった場合、ブリッジ回路の平衡時
におけるブリッジ回路に流れる電流が大きくなり、トラ
ンジスタＴr１で消費される消費電力が大きくなるとい
う欠点があった。従って例えば実開昭62-53362号のよう
に風速センサ素子１とブリッジ回路３とを同一のプロー
ブ内に設けるようにした場合には、トランジスタＴr１
の発熱によって風速センサ素子１自体も加熱されること
となって誤差が生じ易くなるという欠点があった。又風
速センサがバッテリーを電源として可搬型に構成されて
いる場合には、トランジスタＴr１の消費電力が比較的
大きいため長時間連続して風速を測定することができな
いという欠点があった。

本考案はこのような従来の流速センサの問題点に鑑みて
なされたものであって、流速センサ素子の加熱以外では
消費電力をできるだけ少なくするようにして測定精度を
向上させると共に、電池の長寿命化を計るようにするこ
とを技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕 本考案は流速センサ本体とプローブとを具備し、プロー
ブは、流速によって抵抗値が変化する流速センサ素子、
温度補償素子、及び第１，第２の固定抵抗を夫々ブリッ
ジ回路の一辺に有するブリッジ回路と、ブリッジ回路の
両端の電圧差を増幅する差動増幅器と、差動増幅器の出
力に対応したデューティ比の信号を発生するデューティ
可変型パルス発生回路と、デューティ可変型パルス発生
回路の出力に基づいてブリッジ回路への電源の供給を断
続するスイッチ回路と、を有するものであり、流速セン
サ本体は、プローブのスイッチ回路に供給する電源と、
プローブのブリッジ回路に流れる電流に基づいて流速信
号を出力する信号処理回路と、を有することを特徴とす
るものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本考案によれば、流速センサ本
体よりプローブに電源を供給している。プローブ内には
スイッチ回路とブリッジ回路を有し、ブリッジ回路の両
端の電圧を差動増幅回路に与え、差動増幅出力に基づい
てパルス発生回路のデューティ比を変化させるようにし
ている。パルス発生回路は差動増幅出力が大きくなれば
デューティ比も大きくなる制御信号を出力し、この信号
に基づいてスイッチ回路によって電源を断続してブリッ
ジ回路に電源を供給している。こうすれば差動増幅出力
によってブリッジ回路に供給される電流の平均値を制御
することができる。そしてこの電源は流速センサ本体よ
り供給されるため、プローブ内のパルス発生回路やスイ
ッチ回路ではほとんど電力が消費されない。そのためス
イッチ回路によって流速センサが加熱されず、周囲環境
の風速に対応した抵抗値とすることができる。

〔実施例の説明〕

第１図は本考案の一実施例による風速センサの構成を示
すブロック図である。本図において前述した従来例と同
一部分は同一符合を付している。さて本実施例において
も第１，第２の固定抵抗Ｒ１，Ｒ２と白金ワイヤによる
風速センサ素子１及び温度補償素子２を用いてブリッジ
回路３を構成している。このブリッジ回路３の両端の電
圧は夫々差動増幅器５の入力端に与えられる。差動増幅
器５はこの電圧差を増幅するものであって、その出力は
パルス幅変調器１１に与えられる。パルス幅変調器１１
には又基準クロックとして一定周波数の方形数を発生す
る基準クロック発生器１２の出力が与えられている。パ
ルス幅変調器１１はこの基準クロック信号が与えられる
毎に差動増幅器５の出力レベルに対応したデューティ比
の制御パルス信号を発生するものである。ここでパルス
幅変調器１１及び基準クロック発生器１２は差動増幅出
力に対応したデューティ比のパルス信号を発生するデュ
ーティ可変型パルス発生回路１３を構成している。さて
パルス幅変調器１１の出力はスイッチ回路１４に与えら
れる。スイッチ回路１４は電源電圧をパルス信号によっ
て断続してブリッジ回路３に与えるものである。ここで
スイツチ回路１４の出力端にはブリッジ回路３に与える
電源電圧を平滑化するためのコンデンサＣ１が接続され
ている。又ブリッジ回路３の風速センサ素子１及び温度
補償素子２の共通接続点と接地端間にはブリッジ回路を
流れる電流を検出するための抵抗Ｒ３が接続される。さ
てここで説明したブロックは全て風速センサのプローブ
２０内に実装されるものとし、風速センサ本体２１より
プローブ２０に電源が供給される。本体２１は電圧源２
２を有しており、プローブ２０のスイツチ回路１４及び
差動増幅器５とデューティ可変型パルス発生回路１３に
電源を供給するものである。又電流検出用の抵抗Ｒ３の
一端は風速センサ本体２１に接続される。風速センサ本
体２１は抵抗Ｒ３より得られる風速信号を信号処理する
信号処理回路を有している。信号処理回路は例えば風速
値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２３及び表示器２４よ
り構成される。

次に本実施例の動作について説明する。風速センサ素子
１を風速測定領域に配置し、又温度補償素子２も風速測
定領域で温度を感知できるように配置する。そして風速
センサ本体２１の電圧源２２よりスイッチ回路１４を介
してブリッジ回路３に電圧を供給すれば、そのときの風
速，風温に応じてブリッジ回路３の両端にある電圧差が
生じる。従って差動増幅器５よりこの電圧差に対応した
増幅出力が得られる。第２図(a)は差動増幅器５の出力
電圧の一例を示す図である。又基準クロック発生器１２
より第２図(b)に示すように一定周期のクロック信号が
得られる。そしてパルス幅変調器１１は第２図(c)に示
すように、この信号をトリガ信号として差動増幅器５の
出力レベルに対応したパルス幅の制御信号を発生する。
この信号は差動増幅器５の出力に対応したデューティ比
を有する信号となっている。そしてこの制御信号によっ
てスイッチ回路１４が開閉され、電圧源２２より電源が
ブリッジ回路３に断続的に供給される。そしてこの電圧
はコンデンサＣ１によって平滑されるため、ブリッジ回
路３には第２図(d)に示すようにほぼ直流の電圧が与え
られることとなる。

このように差動増幅器５の出力レベルに応じた電圧の電
源がブリッジ回路３に供給されることとなりブリッジ回
路３は平衡状態に達する。そしてこのときに平衡状態に
達したときのブリッジ回路３に流れる電流値が抵抗Ｒ３
より得られることとなる。この信号は風速センサ本体２
１のＡ／Ｄ変換器２３によってデジタル値に変換され、
表示器２４によって表示される。このようにすればトラ
ンジスタ等の電圧降下によりブリッジを平衡させる必要
がなく、ほとんど発熱のない回路によりブリッジ回路の
平衡を実現することが可能となる。

尚本実施例はブリッジ回路３を流れる電流によって風速
値を得るようにしているが、ブリッジ回路３に供給され
る電圧に基づいて風速値を測定することもでき、又差動
増幅器の出力によって風速値を測定することも可能であ
る。

又本実施例はデューティ可変型パルス発生回路として基
準クロック発生器とパルス幅変調器を用いて構成してい
るが、基準クロック発生器に代えて三角波発生器を用
い、差動増幅器５の出力と三角波とを比較器により比較
して差動増幅出力に対応したデューティ比の制御信号を
得るようにしてもよい。このようにパルス発生回路とし
ては差動増幅出力に基づいたデューティ比の信号を出力
する種々のパルス変調回路を用いて構成することができ
る。又デューティ可変型パルス発生回路の周波数は一定
周波数とする必要はなく、任意の周波数とすることが可
能である。

更に本実施例は風速センサについて説明しているが、本
考案は熱線を用いた種々の流速を測定する流速センサに
適用することができることはいうまでもない。

〔考案の効果〕

このように本考案によれば、流速センサを一端に有する
ブリッジ回路の差動増幅出力に基づいてデューティ比を
変化させた制御信号を得、この信号に基づいてブリッジ
回路に供給する平均電圧を制御するようにしている。従
ってセンサ回路の消費電力が少なくなり不要な発熱がな
くなる。又本考案ではブリッジ回路に与える電源をスイ
ッチ回路により断続しているため、安定化電源を用いる
必要がなく電源の構成を簡略化することもできる。

又本考案によれば、ブリッジ回路とスイッチ回路とを１
つのプローブ内に実装しているため、プローブ内ではブ
リッジ回路の素子以外はほとんど発熱しなくなり、流速
センサは他のブロックからの熱的な影響を受けることが
なくなる。従って高精度で流速を測定することができる
という効果が得られる。これに加えて本考案では、プロ
ーブ内に流速センサ素子及び温度補償素子を含めてい
る。しかもブリッジ回路の両端の電圧差を増幅する差動
増幅器，スイッチ回路，パルス発生回路から成るフィー
ドバックループを全てプローブ内に含めているため、流
速センサ素子等の固有のばらつきをなくすように固定抵
抗の抵抗値をあらかじめ調整しておくことができる。従
ってプローブの流速センサ素子やその他の部分が不良と
なれば、プローブ自体を交換することによって逐一複雑
な調整を行うことなく、交換を極めて容易に行うことが
できるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による風速センサのブロック
図、第２図はその動作を示す波形図、第３図は従来の風
速センサの回路構成を示すブロック図である。 １……風速センサ素子、２……温度補償素子、３……ブ
リッジ回路、４……定電圧源、５……差動増幅器、１１
……パルス幅変調器、１２……基準クロック発生器、１
３……デューティ可変型パルス発生回路、１４……スイ
ッチ回路、２０……プローブ、２１……風速センサ本体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】流速センサ本体とプローブとを具備し、 前記プローブは、 流速によって抵抗値が変化する流速センサ素子、温度補
   償素子、及び第１，第２の固定抵抗を夫々ブリッジ回路
   の一辺に有するブリッジ回路と、 前記ブリッジ回路の両端の電圧差を増幅する差動増幅器
   と、 前記差動増幅器の出力に対応したデューティ比の信号を
   発生するデューティ可変型パルス発生回路と、 前記デューティ可変型パルス発生回路の出力に基づいて
   前記ブリッジ回路への電源の供給を断続するスイッチ回
   路と、を有するものであり、 前記流速センサ本体は、 前記プローブのスイッチ回路に供給する電源と、 前記プローブのブリッジ回路に流れる電流に基づいて流
   速信号を出力する信号処理回路と、を有するものである
   ことを特徴とする流速センサ。