JPS5948340B2 - 熱式風速計 - Google Patents
熱式風速計Info
- Publication number
- JPS5948340B2 JPS5948340B2 JP8910679A JP8910679A JPS5948340B2 JP S5948340 B2 JPS5948340 B2 JP S5948340B2 JP 8910679 A JP8910679 A JP 8910679A JP 8910679 A JP8910679 A JP 8910679A JP S5948340 B2 JPS5948340 B2 JP S5948340B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- transistor
- collector
- voltage
- constant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、トランジスタを加熱交感素子として用いた
熱式風速計の改良に関し、構成簡単にして測定精度を向
上するものである。
熱式風速計の改良に関し、構成簡単にして測定精度を向
上するものである。
トランジスタを加熱交感素子とした熱式風速計は、トラ
ンジスタの温度応答精度が高いことから、従来用いられ
ていたサーミスタ、白金抵抗体あるいは熱電対などによ
るものよりもはるかに低い加熱温度で済み、したがつて
自己発生の上昇気流を起し難く、微風速の測定も容易で
ある。
ンジスタの温度応答精度が高いことから、従来用いられ
ていたサーミスタ、白金抵抗体あるいは熱電対などによ
るものよりもはるかに低い加熱温度で済み、したがつて
自己発生の上昇気流を起し難く、微風速の測定も容易で
ある。
この発明の目的は、トランジスタを加熱交感素子とする
熱式風速計において、当該トランジスタが置かれる環境
温度による測定誤差を、簡単な構成によつて自動的に補
償するにある。
熱式風速計において、当該トランジスタが置かれる環境
温度による測定誤差を、簡単な構成によつて自動的に補
償するにある。
さらにこの発明の目的は、トランジスタのコレクタ電極
に一定電流を供給し、エミッタ電極を接地Ｌベース電極
には温度一電気変換素子、好ましくは第２のトランジス
タを用いてベース電流を制御する回路の出力を接続し、
コレクタ電極に現われる電圧を風速信号とすることにあ
る。
に一定電流を供給し、エミッタ電極を接地Ｌベース電極
には温度一電気変換素子、好ましくは第２のトランジス
タを用いてベース電流を制御する回路の出力を接続し、
コレクタ電極に現われる電圧を風速信号とすることにあ
る。
さらにこの発明の目的は、トランジスタの加熱による自
己発生の上昇気流を極少とし、かつ、周囲温度の影響を
除くことによりＯ、５ｍ／ ｓ又はそれ以下の微風速ま
で容易、精確に測定できる風速計を提供するにある。
己発生の上昇気流を極少とし、かつ、周囲温度の影響を
除くことによりＯ、５ｍ／ ｓ又はそれ以下の微風速ま
で容易、精確に測定できる風速計を提供するにある。
まず熱式風速計の加熱交感素子として使うべきトランジ
スタの発熱原理を説明する。
スタの発熱原理を説明する。
第１図においてＱは当該トランジスタで、コレクタ電流
Ｉｃとコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥの積によりコレ
クタ損失Ｐｃを起こし発熱する。ＶＢＥはベース電流Ｉ
Ｂを与える為の可変直流電圧である。ＣＣは駆動用電源
り＋が接続された定電流源である。またＴａはトランジ
スタＱがさらされている環境の温度を表わし、Ｔｊはト
ランジスタＱの接合部温度を表わす。このような構成で
、環境温度Ｔａを一定にすれば、コレクタ・エミッタ間
電圧’ΦＥとコレクタ電流Ｉｃとの関係は概ね第２図の
如くなる。
Ｉｃとコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥの積によりコレ
クタ損失Ｐｃを起こし発熱する。ＶＢＥはベース電流Ｉ
Ｂを与える為の可変直流電圧である。ＣＣは駆動用電源
り＋が接続された定電流源である。またＴａはトランジ
スタＱがさらされている環境の温度を表わし、Ｔｊはト
ランジスタＱの接合部温度を表わす。このような構成で
、環境温度Ｔａを一定にすれば、コレクタ・エミッタ間
電圧’ΦＥとコレクタ電流Ｉｃとの関係は概ね第２図の
如くなる。
これは所謂トランジスタの静特性と呼ばれるもので、ベ
ース電流ＩＢの条件により、何本もの特性線が引かれる
。ところが第１図の如くコレクタ電流Ｉｃが定電流回路
で固定されると、第２図は第３図の如く書きかえられる
。第３図をみれば、トランジスタＱのコレクタ・エミッ
タ間電圧’五Ｅがベース電流ＩＢによりー意的に定まる
ことがわかる。更にトランジスタＱのコレクタ損失Ｐｃ
は、Ｐｃ＝１ｃｘＶｃＥであるから、第３図をベース電
流ＩＢ対コレクタ損失片の関係に書きなおすと、第４図
の如くなる。第４図はコレクタ損失Ｐｃがベース電流Ｉ
Ｂにより定まる、即ち、トランジスタＱに加える熱量を
ベース電流ＩＢで制御できることを意味している。一方
、第２図に示すトランジスタの静特性は、ベース電流よ
りを一定にして、環境温度Ｔａの変化についてみると概
して第５図の如く環境温度Ｔａの値により何本もの特性
線が引かれる。
ース電流ＩＢの条件により、何本もの特性線が引かれる
。ところが第１図の如くコレクタ電流Ｉｃが定電流回路
で固定されると、第２図は第３図の如く書きかえられる
。第３図をみれば、トランジスタＱのコレクタ・エミッ
タ間電圧’五Ｅがベース電流ＩＢによりー意的に定まる
ことがわかる。更にトランジスタＱのコレクタ損失Ｐｃ
は、Ｐｃ＝１ｃｘＶｃＥであるから、第３図をベース電
流ＩＢ対コレクタ損失片の関係に書きなおすと、第４図
の如くなる。第４図はコレクタ損失Ｐｃがベース電流Ｉ
Ｂにより定まる、即ち、トランジスタＱに加える熱量を
ベース電流ＩＢで制御できることを意味している。一方
、第２図に示すトランジスタの静特性は、ベース電流よ
りを一定にして、環境温度Ｔａの変化についてみると概
して第５図の如く環境温度Ｔａの値により何本もの特性
線が引かれる。
この第５図を、コレクタ電流ＩＯおよびベース電流ＩＢ
を一定にして横軸に環境温度Ｔａ、縦軸にコレクタ・ベ
ース間電圧ＶＣＥをとつたグラフに書きなおすと、第６
図の如くなり、環境温度Ｔａにみあつたコレクタ・エミ
ツタ間電圧ＶＣＥが決まる事がわかる。更に、コレクタ
電流Ｉｃが一定であることに鑑みて、Ｐｃ＝ＩｃｘＶｃ
Ｅの計算を施したあと、環境温度Ｔａ対コレクタ損失Ｐ
。の関係をグラフに表わすと、第Ｔ図の如くなる。第Ｔ
図は環境温度Ｔａの値にみあつたコレクタ損失Ｐｃ、即
ち発熱量Ｈｓが決まることを意味している。以上述べた
トランジスタの特性のうち、第４図のベース電流対コレ
クタ損失および、第Ｔ図の環境温度対コレクタ損失の両
特性を利用して、環境温度の変化に拘らず、一定のコレ
クタ損失を起こさせる事ができる。この発明は、環境温
度Ｔａが変つて、トランジスタＱのコレクタ損失が変ろ
うとしても何らかの手段で環境温度Ｔａを電気信号で検
出し、その信号をトランジスタＱのベース電極へ加え、
熱的につながつたフイードバツク回路を形成すればよい
ことに着目したものである。このフイードバツク回路の
形成法は種々考えられるが、ここでは、環境温度Ｔａの
検出にもトランジスタを用いたこの発明の一実施例第８
図について詳述する。第８図中、点線内は風速計プロー
ブを示Ｌ加熱受感素子となる発熱トランジスタＱＨの熱
が測温トランジスタＱＴに伝わらないように、かつ、両
トランジスタが同一熱的環境にあるとみなせるように配
置されている。
を一定にして横軸に環境温度Ｔａ、縦軸にコレクタ・ベ
ース間電圧ＶＣＥをとつたグラフに書きなおすと、第６
図の如くなり、環境温度Ｔａにみあつたコレクタ・エミ
ツタ間電圧ＶＣＥが決まる事がわかる。更に、コレクタ
電流Ｉｃが一定であることに鑑みて、Ｐｃ＝ＩｃｘＶｃ
Ｅの計算を施したあと、環境温度Ｔａ対コレクタ損失Ｐ
。の関係をグラフに表わすと、第Ｔ図の如くなる。第Ｔ
図は環境温度Ｔａの値にみあつたコレクタ損失Ｐｃ、即
ち発熱量Ｈｓが決まることを意味している。以上述べた
トランジスタの特性のうち、第４図のベース電流対コレ
クタ損失および、第Ｔ図の環境温度対コレクタ損失の両
特性を利用して、環境温度の変化に拘らず、一定のコレ
クタ損失を起こさせる事ができる。この発明は、環境温
度Ｔａが変つて、トランジスタＱのコレクタ損失が変ろ
うとしても何らかの手段で環境温度Ｔａを電気信号で検
出し、その信号をトランジスタＱのベース電極へ加え、
熱的につながつたフイードバツク回路を形成すればよい
ことに着目したものである。このフイードバツク回路の
形成法は種々考えられるが、ここでは、環境温度Ｔａの
検出にもトランジスタを用いたこの発明の一実施例第８
図について詳述する。第８図中、点線内は風速計プロー
ブを示Ｌ加熱受感素子となる発熱トランジスタＱＨの熱
が測温トランジスタＱＴに伝わらないように、かつ、両
トランジスタが同一熱的環境にあるとみなせるように配
置されている。
測温トランジスタＱＴは、トランジスタのダイオード接
続と呼ばれるもので、その出力電圧は温度の関数になり
、気温信号Ｅｔとして扱かう。気温信号Ｅｔの温度特性
はおおむね、第９図の如くなり、測温トランジスタＱＴ
に流す定電流値ＩＴを小さく抑えれば、気温信号Ｅｔの
値はたかだか０．７〔Ｖ〕程度で、測温トランジスタＱ
Ｔのコレクタ損失ＰＴは極小になり、測温トランジスタ
ＱＴの温度上昇は殆んどなく、その温度は気温ｔに等し
いとみてよい。即ち、気温信号ＥｔはＭ，Ｎを定数とし
てＥ，＝Ｍ−Ｎ−ｔと近似され、電圧Ｅ，を測れば、気
温ｔを知る事ができ、かつ発熱トランジスタＱＨの発熱
を制御できる。気温信号Ｅｔは固定抵抗Ｒｌ，Ｒ２によ
る分圧回路で分圧され、分圧比をＧ（定数）とすると、
Ｇｅｔなる電圧が演算増幅器０Ａの非反転入力の入力電
圧となる。また演算増幅器０Ａの反転入力には直流基準
電圧Ｅが印加されており、演算増幅器０Ａの出力電圧、
即ち、発熱トランジスタＱＨのベース電圧Ｅｂは、とな
り、気温ｔが上昇すれば、自動的にベース電圧Ｅｂが下
がり、ベース電流Ｉｂを減少させる。
続と呼ばれるもので、その出力電圧は温度の関数になり
、気温信号Ｅｔとして扱かう。気温信号Ｅｔの温度特性
はおおむね、第９図の如くなり、測温トランジスタＱＴ
に流す定電流値ＩＴを小さく抑えれば、気温信号Ｅｔの
値はたかだか０．７〔Ｖ〕程度で、測温トランジスタＱ
Ｔのコレクタ損失ＰＴは極小になり、測温トランジスタ
ＱＴの温度上昇は殆んどなく、その温度は気温ｔに等し
いとみてよい。即ち、気温信号ＥｔはＭ，Ｎを定数とし
てＥ，＝Ｍ−Ｎ−ｔと近似され、電圧Ｅ，を測れば、気
温ｔを知る事ができ、かつ発熱トランジスタＱＨの発熱
を制御できる。気温信号Ｅｔは固定抵抗Ｒｌ，Ｒ２によ
る分圧回路で分圧され、分圧比をＧ（定数）とすると、
Ｇｅｔなる電圧が演算増幅器０Ａの非反転入力の入力電
圧となる。また演算増幅器０Ａの反転入力には直流基準
電圧Ｅが印加されており、演算増幅器０Ａの出力電圧、
即ち、発熱トランジスタＱＨのベース電圧Ｅｂは、とな
り、気温ｔが上昇すれば、自動的にベース電圧Ｅｂが下
がり、ベース電流Ｉｂを減少させる。
これは、前述の発熱原理から、気温ｔが上昇した結果、
発熱トランジスタＱＨのコレクタ損失ＰＯが減少しよう
とするが、同時にベース電流Ｉｂが減少するために、コ
レクタ損失ＰＯが増大されコレクタ損失Ｐｃの減少分が
相殺され、結局コレクタ損失Ｐｃは気温ｔが上昇しても
変化しない。逆に気温ｔが下降した場合には上述の逆方
向に制御が働らき、やはり、コレクタ損失ＰＯは変らず
、コレクタ損失ＰＯは気温ｔに無関係となる。定数Ｊ，
Ｋの値が適切でないと誤差を生じる結果となるが、定数
Ｊ，Ｋの値は、固定抵抗角〜現の値又は直流基準電圧Ｅ
の値を選べば容易に適切な値に設定でき、円滑に目標の
制御を行なわせる事ができる。上述の制御が円滑に行な
われると、発熱トランジスタＱＨのコレクタ損失ＰＯは
気温ｔに拘らず一定になる。
発熱トランジスタＱＨのコレクタ損失ＰＯが減少しよう
とするが、同時にベース電流Ｉｂが減少するために、コ
レクタ損失ＰＯが増大されコレクタ損失Ｐｃの減少分が
相殺され、結局コレクタ損失Ｐｃは気温ｔが上昇しても
変化しない。逆に気温ｔが下降した場合には上述の逆方
向に制御が働らき、やはり、コレクタ損失ＰＯは変らず
、コレクタ損失ＰＯは気温ｔに無関係となる。定数Ｊ，
Ｋの値が適切でないと誤差を生じる結果となるが、定数
Ｊ，Ｋの値は、固定抵抗角〜現の値又は直流基準電圧Ｅ
の値を選べば容易に適切な値に設定でき、円滑に目標の
制御を行なわせる事ができる。上述の制御が円滑に行な
われると、発熱トランジスタＱＨのコレクタ損失ＰＯは
気温ｔに拘らず一定になる。
このことは云い換えると、発熱トランジスタＱＨの温度
ｔ’と測温トランジスタＱＴの温度、即ち気温ｔとの温
度差ΔＴは一定で、ｔ’− ｔ ＝△Ｔ（一定）だと云
える。一般に、発熱体から奪われる熱量ＨＲ、発熱体の
温度ｔ’、気温ｔ、および発熱体にかかる風速υとの間
には、Ａ，ｂを定数として、も発熱体であるから、この
法則に従い、上述のＴＬｔ＝△Ｔに鑑みて、発熱トラン
ジスタＱＨについて（但Ｌ− ｐ＝ａ×△Ｔ：定数ｑ＝
ｂ×△Ｔ；定数）が成り立つ。
ｔ’と測温トランジスタＱＴの温度、即ち気温ｔとの温
度差ΔＴは一定で、ｔ’− ｔ ＝△Ｔ（一定）だと云
える。一般に、発熱体から奪われる熱量ＨＲ、発熱体の
温度ｔ’、気温ｔ、および発熱体にかかる風速υとの間
には、Ａ，ｂを定数として、も発熱体であるから、この
法則に従い、上述のＴＬｔ＝△Ｔに鑑みて、発熱トラン
ジスタＱＨについて（但Ｌ− ｐ＝ａ×△Ｔ：定数ｑ＝
ｂ×△Ｔ；定数）が成り立つ。
一方、発熱トランジスタＱＨに供給される熱量Ｈ８は、
コレクタ損失Ｐ。であるから、ＱＨのコレクタ電圧Ｅ。
とコレクタ電流１Ｈ（定数）の積で表わされ、が成立つ
。
コレクタ損失Ｐ。であるから、ＱＨのコレクタ電圧Ｅ。
とコレクタ電流１Ｈ（定数）の積で表わされ、が成立つ
。
発熱トランジスタＱＨについて熱的に平衡した時には、
ＨＲ，＝Ｈ８とみなせるので、１１−Ｖとなり、ＥＯに
ついて解くと、 （但し、Ａ−Ｐ／１１１；定数 Ｂ＝ｑ／ＩＨ：定数）
となり、このＱＨのコレクタ電圧Ｅ。
ＨＲ，＝Ｈ８とみなせるので、１１−Ｖとなり、ＥＯに
ついて解くと、 （但し、Ａ−Ｐ／１１１；定数 Ｂ＝ｑ／ＩＨ：定数）
となり、このＱＨのコレクタ電圧Ｅ。
が風速υを意味する信号電圧になる。最后の式には気温
ｔの項が含まれていないので、風速信号電圧Ｅ。は気温
に左右されず、風速のみを表わすことがわかる。上述し
たようにこの発明は、簡単な構成で周囲温度による測定
誤差の問題を解消し、工業上の利益大である。
ｔの項が含まれていないので、風速信号電圧Ｅ。は気温
に左右されず、風速のみを表わすことがわかる。上述し
たようにこの発明は、簡単な構成で周囲温度による測定
誤差の問題を解消し、工業上の利益大である。
第１図はトランジスタの発熱原理を説明するための回路
図、第２図は同じくコレクタ・エミツタ間電圧−コレク
タ電流特性線図、第３図は同じくベース電流−コレクタ
・エミツタ間電圧特性線図、第４図は同じくベース電流
−コレクタ損失特性線図、第５図は同じくコレクタ・エ
ミツタ間電圧一コレクタ電流特性線図、第６図は同じく
環境温度−コレクタ・エミツタ間電圧特性線図、第７図
は同じく環境温度一コレクタ損失特性線図、第８図はこ
の発明の一実施例回路図、第９図は同じく測温トランジ
スタの接合部温度一出力電圧特性線図である。 ＱＨ：発熱トランジスタ、ＱＴ：測温トランジスタ、０
Ａ：演算増幅器。
図、第２図は同じくコレクタ・エミツタ間電圧−コレク
タ電流特性線図、第３図は同じくベース電流−コレクタ
・エミツタ間電圧特性線図、第４図は同じくベース電流
−コレクタ損失特性線図、第５図は同じくコレクタ・エ
ミツタ間電圧一コレクタ電流特性線図、第６図は同じく
環境温度−コレクタ・エミツタ間電圧特性線図、第７図
は同じく環境温度一コレクタ損失特性線図、第８図はこ
の発明の一実施例回路図、第９図は同じく測温トランジ
スタの接合部温度一出力電圧特性線図である。 ＱＨ：発熱トランジスタ、ＱＴ：測温トランジスタ、０
Ａ：演算増幅器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 定電流源から一定電流がコレクタ電極に供給され、
エミッタ電極は接地され、ベース電極には温度−電気変
換素子を用いてベース電流を制御する回路の出力が接続
されてなるトランジスタを加熱交感素子とし、前記トラ
ンジスタのコレクタ電極に現れる電圧を風速信号電圧と
することを特徴とする熱式風速計。 ２ 温度−電気変換素子が第２のトランジスタでなる特
許請求の範囲第１項記載の熱式風速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8910679A JPS5948340B2 (ja) | 1979-07-13 | 1979-07-13 | 熱式風速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8910679A JPS5948340B2 (ja) | 1979-07-13 | 1979-07-13 | 熱式風速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5612556A JPS5612556A (en) | 1981-02-06 |
| JPS5948340B2 true JPS5948340B2 (ja) | 1984-11-26 |
Family
ID=13961630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8910679A Expired JPS5948340B2 (ja) | 1979-07-13 | 1979-07-13 | 熱式風速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948340B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4487063A (en) * | 1983-07-11 | 1984-12-11 | General Motors Corporation | Solid state mass air flow sensor |
-
1979
- 1979-07-13 JP JP8910679A patent/JPS5948340B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5612556A (en) | 1981-02-06 |
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