專利名稱：風(fēng)向風(fēng)速儀及風(fēng)向風(fēng)速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不會紊亂空氣流動而能夠測定風(fēng)向和風(fēng)速的風(fēng)向風(fēng)速儀及風(fēng)向風(fēng)速裝置。
背景技術(shù)：
在大氣污染測定等中，以測定局部的大氣流動為目的使用測定空氣的風(fēng)向和風(fēng)速的風(fēng)向風(fēng)速儀。例如，公知有稱為風(fēng)杯的可旋轉(zhuǎn)地具有半球殼或圓錐殼葉片的風(fēng)杯式或可旋轉(zhuǎn)地具有螺旋槳式葉片的螺旋槳式風(fēng)向風(fēng)速儀。并且，除了利用如上述的葉片旋轉(zhuǎn)的風(fēng)向風(fēng)速儀以外，例如專利文獻(xiàn)1中提出有由如下部分所構(gòu)成的風(fēng)向風(fēng)速儀風(fēng)道管，在內(nèi)部具有通過兩開口端與外界氣體連通的測定風(fēng)道；風(fēng)速傳感器，由配置于測定風(fēng)道的溫度依賴式電阻元件構(gòu)成；2個溫度傳感器，以其中1個位于通過風(fēng)速傳感器的風(fēng)的尾流內(nèi)的形態(tài)，夾著風(fēng)速傳感器而配置于測定風(fēng)道內(nèi)。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開2003-7M61號公報上述以往的技術(shù)中留有以下課題。S卩，在利用上述以往的可旋轉(zhuǎn)的葉片的風(fēng)向風(fēng)速儀中，有在寒冷地區(qū)等中葉片的旋轉(zhuǎn)軸結(jié)冰的憂慮，并存在需要進(jìn)行除雪或冰的檢查工作，維修上費工夫之類問題點。并且，上述專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)中，由于將傳感器設(shè)置于風(fēng)道內(nèi)，因此存在傳感器本身成為障礙物而紊亂空氣流動且很難測定準(zhǔn)確的風(fēng)向及風(fēng)速的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于，提供一種不存在因結(jié)冰而無法測定的狀態(tài)，且不會紊亂空氣流動并能夠準(zhǔn)確地測定風(fēng)向和風(fēng)速的風(fēng)向風(fēng)速儀及風(fēng)向風(fēng)速裝置。本發(fā)明為解決上述課題而采用了以下結(jié)構(gòu)。即，本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速儀，其特征在于，具備風(fēng)道管，氣體在內(nèi)部流通；熱源部，被設(shè)置為與所述風(fēng)道管的內(nèi)周面無階梯差地配置放射紅外線的放射面，并能夠根據(jù)輸入電壓通過電阻加熱來控制紅外線的放射量；及非接觸溫度傳感器部，被設(shè)置為將檢測來自所述放射面的紅外線的檢測面以與所述放射面對置的狀態(tài)且與所述風(fēng)道管的內(nèi)周面無階梯差地配置，其中，所述非接觸溫度傳感器部具備有多個熱敏元件，所述多個熱敏元件中的至少2個在所述檢測面的正下方沿所述風(fēng)道管的延伸方向排列。在該風(fēng)向風(fēng)速儀中，由于非接觸溫度傳感器部具備有多個熱敏元件，所述熱敏元件中的至少2個在檢測面的正下方沿風(fēng)道管的延伸方向排列，所以由向熱源部的輸入電壓值和用多個熱敏元件得到的放射面的溫度分布能夠測定風(fēng)向及風(fēng)速。另外，預(yù)先求出向熱源部的輸入電壓與加熱溫度的關(guān)系，由該關(guān)系計算熱源溫度及溫度分布。尤其至少2個熱敏元件沿風(fēng)道管的延伸方向排列，所以通過檢測面能夠得到風(fēng)道管的延伸方向上的放射面的溫度分布。另外，也預(yù)先求出與風(fēng)速對應(yīng)的熱源溫度變化的關(guān)系。這樣，熱源部因風(fēng)道管內(nèi)流過的氣體而被冷卻，放射面的溫度分布發(fā)生變化，但通過非接觸溫度傳感器部始終讀取熱源部的放射面的溫度分布，由向熱源部的輸入電壓值和放射面的溫度分布的讀取結(jié)果能夠測定風(fēng)向及風(fēng)速。并且，在該風(fēng)向風(fēng)速儀中，熱源部及非接觸溫度傳感器部被設(shè)置為分別使放射面和檢測面與風(fēng)道管的內(nèi)周面無階梯差，而并非設(shè)置于風(fēng)道上，所以不會紊亂風(fēng)道管內(nèi)的空氣流動而能夠準(zhǔn)確地測定風(fēng)向及風(fēng)速，并且不會變成因結(jié)冰而無法測定的狀態(tài)。并且，本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速儀，其特征在于，所述非接觸溫度傳感器部具備有紅外線反射膜，設(shè)置于所述檢測面上；基準(zhǔn)熱敏元件，設(shè)置于該紅外線反射膜的正下方；多個紅外線吸收膜，設(shè)置于所述紅外線反射膜的周圍并設(shè)置于所述檢測面上；及多個溫度分布用熱敏元件，設(shè)置于這些紅外線吸收膜的正下方。在該風(fēng)向風(fēng)速儀中，由于非接觸溫度傳感器部具備有基準(zhǔn)熱敏元件，設(shè)置于檢測面的紅外線反射膜的正下方；及多個溫度分布用熱敏元件，設(shè)置于紅外線反射膜的周圍并設(shè)置于檢測面的紅外線吸收膜的正下方，所以由向熱源部的輸入電壓值和用基準(zhǔn)熱敏元件及溫度分布用熱敏元件得到的放射面的溫度分布能夠測定風(fēng)向及風(fēng)速。S卩，在基準(zhǔn)熱敏元件中，由于紅外線反射膜設(shè)置于檢測面上，所以以反射來自熱源部的放射面的紅外線的狀態(tài)測定基準(zhǔn)溫度，而在多個溫度分布用熱敏元件中，由于紅外線吸收膜設(shè)置于檢測面上，所以吸收從對置的放射面的各部分放射的紅外線來測定對置的各部分的溫度。而且，以這些各部分的溫度與基準(zhǔn)溫度各自的差量為基礎(chǔ)，能夠準(zhǔn)確地計算放射面的溫度分布。并且，本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速儀，其特征在于，所述溫度分布用熱敏元件及所述紅外線吸收膜分別設(shè)置于沿以所述基準(zhǔn)熱敏元件為中心的周向均等分割的區(qū)域。S卩，在該風(fēng)向風(fēng)速儀中，溫度分布用熱敏元件及紅外線吸收膜分別設(shè)置于沿以基準(zhǔn)熱敏元件為中心的周向均等分割的區(qū)域，所以能夠測定所分割的多個區(qū)域中的放射面的詳細(xì)的溫度分布，并能夠更準(zhǔn)確地測定風(fēng)向及風(fēng)速。本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速裝置，其特征在于，具備2個上述本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速儀，2個所述風(fēng)道管使其延伸方向相互正交而設(shè)置。S卩，在該風(fēng)向風(fēng)速裝置中，由于2個風(fēng)道管使其延伸方向相互正交而設(shè)置，所以通過組合正交的2個方向的各測定結(jié)果，能夠測定二維中的風(fēng)向及風(fēng)速。本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速裝置，其特征在于，具備3個上述本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速儀，3個所述風(fēng)道管使其延伸方向相互正交而設(shè)置。S卩，在該風(fēng)向風(fēng)速裝置中，由于3個風(fēng)道管使其延伸方向相互正交而設(shè)置，所以通過組合正交的3個方向的各測定結(jié)果，能夠測定三維中的風(fēng)向及風(fēng)速。根據(jù)本發(fā)明，得到以下效果。S卩，根據(jù)本發(fā)明所涉及的風(fēng)向風(fēng)速儀及風(fēng)向風(fēng)速裝置，由于非接觸溫度傳感器部具備有多個熱敏元件，所述多個熱敏元件中的至少2個在檢測面的正下方沿風(fēng)道管的延伸方向排列，所以不會紊亂風(fēng)道管內(nèi)的空氣流動而能夠準(zhǔn)確地測定風(fēng)向及風(fēng)速，并且不會成為因結(jié)冰而無法測定的狀態(tài)。
從而能夠進(jìn)行高精度的風(fēng)向及風(fēng)速的測定，即使在寒冷地區(qū)等也可以節(jié)省除雪或冰的維修工夫。


圖1是表示本發(fā)明所涉及的風(fēng)向風(fēng)速儀的一實施方式的簡要剖視圖。圖2是在本實施方式中表示非接觸溫度傳感器部的俯視圖。圖3是在本實施方式中僅表示基準(zhǔn)熱敏元件和與此鄰接的溫度分布用熱敏元件的主要部分的立體圖。圖4是在本實施方式中僅表示基準(zhǔn)熱敏元件和與此鄰接的溫度分布用熱敏元件的主要部分的剖視圖。圖5是在本說明所涉及的風(fēng)向風(fēng)速裝置的一實施方式中表示進(jìn)行二維中的測定的情況(a)及進(jìn)行三維中的測定的情況(b)的風(fēng)向風(fēng)速裝置的立體圖。符號說明1-風(fēng)向風(fēng)速儀，2-風(fēng)道管，3-熱源部，3a-熱源部的放射面，4_非接觸溫度傳感器部，4a-非接觸溫度傳感器部的檢測面，5-紅外線反射膜，6A-基準(zhǔn)熱敏元件，6B-溫度分布用熱敏元件，7-紅外線吸收膜，10、20_風(fēng)向風(fēng)速裝置，C-控制部。
具體實施例方式以下，參照圖1至圖5對本發(fā)明所涉及的風(fēng)向風(fēng)速儀及風(fēng)向風(fēng)速裝置的一實施方式進(jìn)行說明。另外，在以下說明中使用的各附圖中為了使各部件的大小可識別或易識別而適當(dāng)?shù)刈兏壤?。如圖1至圖4所示，本實施方式的風(fēng)向風(fēng)速儀1具備有筒狀風(fēng)道管2，大氣(氣體)在內(nèi)部流通；熱源部3，被設(shè)置為與風(fēng)道管2的內(nèi)周面無階梯差地配置放射紅外線的放射面3a，并能夠根據(jù)輸入電壓通過電阻加熱來控制紅外線的放射量；非接觸溫度傳感器部4，被設(shè)置為將檢測來自放射面3a的紅外線的檢測面如以與放射面3a對置的狀態(tài)且與風(fēng)道管2的內(nèi)周面無階梯差地配置；及控制部C，向熱源部3外加電壓而控制紅外線的放射量，并且連接于非接觸溫度傳感器部4，根據(jù)檢測出的紅外線量計算風(fēng)向及風(fēng)速。另外，上述熱源部3及非接觸溫度傳感器部4分別無間隙地固定于形成在風(fēng)道管 2的安裝孔上。并且，和風(fēng)道管2相離開的控制盤等設(shè)有控制部C。上述熱源部3例如采用通過由根據(jù)輸入電壓而流過的電流產(chǎn)生的焦耳熱放射紅外線的陶瓷加熱器等。上述非接觸溫度傳感器部4具備有多個熱敏元件，所述多個熱敏元件中的至少2 個在與放射面3a對置的上述檢測面如的正下方沿風(fēng)道管2的延伸方向排列。即，如圖2 至圖4所示，非接觸溫度傳感器部4具備有紅外線反射膜5，設(shè)置于上述檢測面如；基準(zhǔn)熱敏元件6A，設(shè)置于該紅外線反射膜5的正下方；多個紅外線吸收膜7，設(shè)置于紅外線反射膜5的周圍并設(shè)置于上述檢測面如；多個溫度分布用熱敏元件6B，設(shè)置于這些紅外線吸收膜7的正下方。在本實施方式中，溫度分布用熱敏元件6B分別設(shè)置于沿以基準(zhǔn)熱敏元件6A為中心的周向八等分的區(qū)域，總共配置有8個。
該非接觸溫度傳感器部4具備有絕緣性薄膜9、相互離開而設(shè)置于該絕緣性薄膜9 的一個面(下表面)的上述基準(zhǔn)熱敏元件6A及8個溫度分布用熱敏元件6B、用銅箔等在絕緣性薄膜9的一個面形成圖案并連接于基準(zhǔn)熱敏元件6A的導(dǎo)電性第1配線膜IOA及連接于溫度分布用熱敏元件6B的導(dǎo)電性第2配線膜10B、與基準(zhǔn)熱敏元件6A對置而設(shè)置于絕緣性薄膜9的另一面(上表面)的上述紅外線反射膜5、及與各溫度分布用熱敏元件6B對置而設(shè)置于絕緣性薄膜9的另一面(上表面)的8個上述紅外線吸收膜7。另外，也可以設(shè)置固定于絕緣性薄膜9的一個面而支承該絕緣性薄膜9并容納基準(zhǔn)熱敏元件6A和各溫度分布用熱敏元件6B的筐體。上述紅外線吸收膜7通過絕緣性薄膜9配置于各溫度分布用熱敏元件6B的正上方，并且上述紅外線反射膜5通過絕緣性薄膜9配置于基準(zhǔn)熱敏元件6A的正上方。上述絕緣性薄膜9由紅外線透射性薄膜形成。另外，在本實施方式中，絕緣性薄膜9由聚酰亞胺樹脂片形成。上述基準(zhǔn)熱敏元件6A及溫度分布用熱敏元件6B為在兩端部形成有端子電極6a 的芯片式熱敏電阻(熱敏電阻元件)。作為該熱敏電阻，有NTC型、PTC型、CTR型等熱敏電阻，但在本實施方式中，例如采用NTC型熱敏電阻作為基準(zhǔn)熱敏元件6A及溫度分布用熱敏元件6B。該熱敏電阻由Mn-Co-Cu系材料、Mn-Co-i^e系材料等熱敏元件材料形成。另外，這些基準(zhǔn)熱敏元件6A及溫度分布用熱敏元件6B使各端子電極6a接合于配線膜10AU0B上而安裝于絕緣性薄膜9。上述紅外線吸收膜7由具有高于絕緣性薄膜9的紅外線吸收率的材料形成，例如由包含炭黑等紅外線吸收材料的薄膜或紅外線吸收性玻璃膜(含有71%的二氧化硅的硼硅酸玻璃膜等)形成。即，通過該紅外線吸收膜7吸收來自測定對象物的由輻射引起的紅外線。而且，由從吸收紅外線而發(fā)熱的紅外線吸收膜7通過絕緣性薄膜9的熱傳導(dǎo)，正下方的溫度分布用熱敏元件6B的溫度發(fā)生變化。該紅外線吸收膜7形成為以大于溫度分布用熱敏元件6B的尺寸覆蓋熱敏元件。上述紅外線反射膜5由具有高于絕緣性薄膜9的紅外線放射率的材料形成，例如由鏡面的鋁蒸鍍膜或鋁箔等形成。該紅外線反射膜5形成為以大于基準(zhǔn)熱敏元件6A的尺寸覆蓋熱敏元件。上述控制部C中存儲有預(yù)先求出的向熱源部3的輸入電壓與加熱溫度的關(guān)系、和與風(fēng)速對應(yīng)的熱源溫度變化的關(guān)系，并且具有由這些關(guān)系和用基準(zhǔn)熱敏元件6A檢測出的基準(zhǔn)溫度和用各溫度分布用熱敏元件6B檢測出的放射面3a的各部分溫度計算熱源溫度 (加熱溫度)及溫度分布的功能。即，具有如下功能對用基準(zhǔn)熱敏元件6A和各溫度分布用熱敏元件6B檢測出的紅外線的差量(輸出的差量)進(jìn)行運算處理，并將基準(zhǔn)熱敏元件6A 作為參考，計算用各溫度分布用熱敏元件6B檢測出的溫度，而測定熱源溫度及放射面3a的溫度分布。另外，控制部C設(shè)定成根據(jù)測定出的熱源溫度及放射面3a的溫度分布，由存儲的上述各關(guān)系求出風(fēng)向及風(fēng)速。這樣，本實施方式的風(fēng)向風(fēng)速儀1由于非接觸溫度傳感器部4具備有多個熱敏元件，所述多個熱敏元件中的至少2個在檢測面如的正下方沿風(fēng)道管2的延伸方向排列，所以由向熱源部3的輸入電壓值和用多個熱敏元件得到的放射面3a的溫度分布能夠測定風(fēng)向及風(fēng)速。即，熱源部3因風(fēng)道管2內(nèi)流過的空氣而被冷卻，放射面3a的溫度分布發(fā)生變化，但通過非接觸溫度傳感器4始終讀取熱源部3的放射面3a的溫度分布，從而由向熱源部3的輸入電壓值和放射面3a的溫度分布的讀取結(jié)果能夠測定風(fēng)向及風(fēng)速。尤其是非接觸溫度傳感器部4具備有設(shè)置于檢測面如的紅外線反射膜5的正下方的基準(zhǔn)熱敏元件6A、和多個設(shè)置于該基準(zhǔn)熱敏元件6A的周圍并設(shè)置于檢測面如的紅外線吸收膜7的正下方的溫度分布用熱敏元件6B，所以由向熱源部3的輸入電壓值和用基準(zhǔn)熱敏元件6A及溫度分布用熱敏元件6B得到的放射面的溫度分布能夠測定風(fēng)向及風(fēng)速。S卩，在基準(zhǔn)熱敏元件6A中，由于紅外線反射膜5設(shè)置于檢測面如上，所以以反射來自熱源部3的放射面3a的紅外線的狀態(tài)測定基準(zhǔn)溫度，而在多個溫度分布用熱敏元件6B 中，由于紅外線吸收膜7設(shè)置于檢測面如上，所以吸收從對置的放射面3a的各部分放射的紅外線來測定對置的各部分的溫度。而且，以這些各部分的溫度與基準(zhǔn)溫度各自的差量為基礎(chǔ)，能夠準(zhǔn)確地計算放射面3a的溫度分布。并且，由于溫度分布用熱敏元件6B及紅外線吸收膜7分別設(shè)置于將以基準(zhǔn)熱敏元件6A為中心的周向八等分的區(qū)域，因此能夠測定所分割的8個區(qū)域中的放射面3a的詳細(xì)的溫度分布，并能夠測定更準(zhǔn)確的風(fēng)向及風(fēng)速。另外，在該風(fēng)向風(fēng)速儀1中，由于在風(fēng)道管2的內(nèi)周面分別與放射面3a及檢測面 4a無階梯差地設(shè)置熱源部3及非接觸溫度傳感器部4，而并非設(shè)置于風(fēng)道上，所以不會紊亂風(fēng)道管2內(nèi)的空氣流動而能夠準(zhǔn)確地測定風(fēng)向及風(fēng)速，并且不會成為因結(jié)冰而無法測定的狀態(tài)。接著，參照圖5對使用本實施方式的風(fēng)向風(fēng)速儀1的風(fēng)向風(fēng)速裝置10、20在以下進(jìn)行說明。如圖5的(a)所示，該風(fēng)向風(fēng)速裝置10具備2個上述風(fēng)向風(fēng)速儀1，2個風(fēng)道管2 使其延伸方向相互正交而設(shè)置。即，2個風(fēng)道管2朝向軸向相互正交的方向(圖中的χ方向和y方向)而固定。這樣在本實施方式的風(fēng)向風(fēng)速裝置10中，由于2個風(fēng)道管2使其延伸方向相互正交而設(shè)置，所以通過組合正交的2個方向的各測定結(jié)果，能夠測定二維中的風(fēng)向及風(fēng)速。并且，如圖5的(b)所示，本實施方式的其他例子的風(fēng)向風(fēng)速裝置20具備3個上述風(fēng)向風(fēng)速儀1，3個風(fēng)道管2使其延伸方向相互正交而設(shè)置。即，3個風(fēng)道管2朝向軸向相互正交的方向(圖中的χ方向和y方向和ζ方向)而固定。這樣在本實施方式的風(fēng)向風(fēng)速裝置20中，由于3個風(fēng)道管2使其延伸方向相互正交而設(shè)置，所以通過組合正交的2個方向的各測定結(jié)果，能夠測定三維中的風(fēng)向及風(fēng)速。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限于上述各實施方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以加以各種變更。例如，在上述實施方式中，采用了芯片式熱敏電阻的熱敏元件，但也可以采用由薄膜熱敏電阻形成的熱敏元件。另外，作為熱敏元件，如上所述使用薄膜熱敏電阻或芯片式熱敏電阻，但除熱敏電阻以外也可以采用熱電元件等。并且，也可以利用短尺寸的風(fēng)道管制作本發(fā)明的風(fēng)向風(fēng)速儀，在該風(fēng)道管的兩端分別連接氣體流通的管道而形成風(fēng)道。另外，此時管的連接部分需要平滑地連接以免妨礙氣體流動。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)向風(fēng)速儀，其特征在于，具備風(fēng)道管，氣體在內(nèi)部流通；熱源部，被設(shè)置為與所述風(fēng)道管的內(nèi)周面無階梯差地配置放射紅外線的放射面，并能夠根據(jù)輸入電壓通過電阻加熱來控制紅外線的放射量；及非接觸溫度傳感器部，被設(shè)置為將檢測來自所述放射面的紅外線的檢測面以與所述放射面對置的狀態(tài)且與所述風(fēng)道管的內(nèi)周面無階梯差地配置，所述非接觸溫度傳感器部具備有多個熱敏元件，所述多個熱敏元件中的至少2個在所述檢測面的正下方沿所述風(fēng)道管的延伸方向排列。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)向風(fēng)速儀，其特征在于，所述非接觸溫度傳感器部具備有紅外線反射膜，設(shè)置于所述檢測面上；基準(zhǔn)熱敏元件，設(shè)置于該紅外線反射膜的正下方；多個紅外線吸收膜，設(shè)置于所述紅外線反射膜的周圍并設(shè)置于所述檢測面上；及多個溫度分布用熱敏元件，設(shè)置于這些紅外線吸收膜的正下方。
3.如權(quán)利要求2所述的風(fēng)向風(fēng)速儀，其特征在于，所述溫度分布用熱敏元件及所述紅外線吸收膜分別設(shè)置于沿以所述基準(zhǔn)熱敏元件為中心的周向均等分割的區(qū)域。
4.一種風(fēng)向風(fēng)速裝置，其特征在于，具備2個權(quán)利要求1至3中的任一項所述的風(fēng)向風(fēng)速儀，2個所述風(fēng)道管使其延伸方向相互正交而設(shè)置。
5.一種風(fēng)向風(fēng)速裝置，其特征在于，具備3個權(quán)利要求1至3中的任一項所述的風(fēng)向風(fēng)速儀，3個所述風(fēng)道管使其延伸方向相互正交而設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)向風(fēng)速儀及風(fēng)向風(fēng)速裝置，其不存在因結(jié)冰而無法測定的狀態(tài)，且不會紊亂空氣流動并能夠準(zhǔn)確地測定風(fēng)向和風(fēng)速。該風(fēng)向風(fēng)速儀具備風(fēng)道管(2)，氣體在內(nèi)部流通；熱源部(3)，被設(shè)置為與風(fēng)道管(2)的內(nèi)周面無階梯差地配置放射紅外線的放射面，并能夠根據(jù)輸入電壓通過電阻加熱來控制紅外線的放射量；及非接觸溫度傳感器部(4)，被設(shè)置為將檢測來自放射面(3a)的紅外線的檢測面(4a)以與放射面(3a)對置的狀態(tài)且與風(fēng)道管(2)的內(nèi)周面無階梯差地配置，其中，非接觸溫度傳感器部(4)具備有多個熱敏元件，所述多個熱敏元件中的至少2個在檢測面(4a)的正下方沿風(fēng)道管(2)的延伸方向排列。
文檔編號G01P5/12GK102207512SQ201110042860
公開日2011年10月5日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者中村賢蔵, 久慈直樹, 石川元貴 申請人:三菱綜合材料株式會社