(57)【要約】定温熱伝導体式アネモメーターは、内側ピンの対及び外側ピンの対を含む一組の導電性ピンを有する。伝導体は、電気的及び機械的にピンと連結されている。電流源は、内側ピンと連結されている。電流源は、内側ピンの間の伝導体を通って、電流を供給するように構成されている。電圧センサーは、外側ピンと連結されており、外側ピンの間の伝導体の電圧を測定するように構成されている。電流源と電圧センサーは、内側ピンの間の伝導体の抵抗を一定に維持するように構成されている。一実施例において、第２のピンのセット、第２の伝導体、及び第２の回路もまた流体の動的温度を測定し、既知の周囲温度で抵抗を算出するために使用される。
2013501935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側ピンの対及び外側ピンの対を含む複数の導電性ピンと、
前記複数のピンに電気的及び機械的に連結された伝導体と、
前記内側ピンに連結され、前記内側ピンの間の前記伝導体を通る電流を供給するように構成された電流源と、
前記外側ピンに連結され、前記外側ピンの間の電圧を測定するように構成された電圧センサーと、を備え、
前記電流源及び電圧検出器が、前記内側ピンの間の前記伝導体の抵抗を一定に維持するように構成された、定温熱線式アネモメーター。
【請求項２】
前記内側ピンの間の前記伝導体の抵抗が、前記伝導体の温度に関連する請求項１に記載のアネモメーター。
【請求項３】
前記伝導体が流体中に配置された請求項２に記載のアネモメーター。
【請求項４】
前記流体が気体である請求項３に記載のアネモメーター。
【請求項５】
流体の流れの測定が、前記流体の流れの結果として、前記伝導体からの熱対流に依存する請求項３に記載のアネモメーター。
【請求項６】
前記伝導体から熱が対流によって移動するとき、前記複数のピンが、前記内側ピンの間の前記伝導体の抵抗を一定に維持するように構成されたサーボに接続されており、前記サーボが前記電流源及び前記電圧センサーを含んでいる請求項５に記載のアネモメーター。
【請求項７】
前記サーボは、前記伝導体にかかる電圧及び前記伝導体と直列に接続された標準抵抗にかかる第２の電圧に基づいて、前記電流源からの電流量を調整する請求項６に記載のアネモメーター。
【請求項８】
前記流体の温度を動的に測定するように構成された流体温度センサーをさらに備える請求項３に記載のアネモメーター。
【請求項９】
前記流体温度センサーは、
第２の内側ピンの対、第２の外側ピンの対、及び前記第２の内側ピンの対と前記第２の外側ピンの対と連結された第２の伝導体と、
前記第２の内側ピンに連結され、前記第２の内側ピンの間の前記第２の伝導体を通る第２の電流を供給するように構成された第２の電流源と、
前記第２の外側ピンに連結され、前記第２の外側ピンにかかる第２の電圧を測定するように構成された第２の電圧センサーと、を含み、
前記第２の内側ピンの間の前記第２の伝導体の抵抗が、前記流体の温度に関連する請求項８に記載のアネモメーター。
【請求項１０】
前記第２の電流が電流パルスである請求項９に記載のアネモメーター。
【請求項１１】
前記伝導体がフィラメントである請求項１に記載のアネモメーター。
【請求項１２】
流れている流体の中に配置された伝導体を備えることであって、前記伝導体が外側ピンの対及び内側ピンの対と連結され、そして前記伝導体が前記内側ピンの間に熱線部分を有しており、前記熱線が該熱線の温度と関連する抵抗を含んでおり、
前記熱線を通って流れる電流を供給すること、
前記外側ピンで前記熱線にかかる電圧を測定すること、
前記流体の流れが前記熱線から熱を対流で運びさるとき、前記熱線の抵抗を一定に維持すること、及び
前記流体の流れにおける前記熱線の抵抗を一定に維持するために必要とされるエネルギー量に基づいて前記流体の流れを算出すること、
を備える流体の流れ測定方法。
【請求項１３】
前記熱線から対流によって熱が運ばれるとき、前記電流の流れの量を調整すること、をさらに備える請求項１２に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１４】
前記電流の流れの量を調整することは、前記外側ピンにかかる前記測定された電圧に関連する請求項１３に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１５】
前記電流源に連結され、前記熱線と直列に接続された標準抵抗を提供すること、
前記標準抵抗から引き出された電圧を測定すること、
前記標準抵抗から引き出された前記電圧を前記外側ピンで前記熱線にかかる電圧と比較すること、及び
前記標準抵抗及び前記熱線から引き出された電圧が等しくなるように、前記電流の流れの量を調整すること、をさらに備える請求項１４に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１６】
前記流体の周囲温度を動的に測定すること、をさらに備える請求項１２に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１７】
前記流れている流体の中に配置されたコールド伝導体を備えることであって、前記コールド伝導体が外側コールドピンの対及び内側コールドピンの対と連結され、そして前記コールド伝導体が前記内側コールドピンの間に冷線部分を有しており、前記冷線が該冷線の温度と関連する抵抗を含んでおり、
前記冷線を通って流れる第２の電流の流れを供給すること、
前記外側コールドピンで前記冷線にかかる第２の電圧を測定すること、をさらに備える請求項１６に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１８】
第２の電流の流れを供給することが、電流パルスを供給することを含んでおり、前記電流パルスはパルス時間を含む請求項１７に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１９】
前記パルス時間の間に前記冷線にかかる前記第２の電圧をサンプリングすること、をさらに備える請求項１８に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項２０】
前記コールド伝導体を加熱しないように前記電流パルスのパルス時間が選択される請求項１８に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項２１】
前記伝導体及び前記コールド伝導体のそれぞれがフィラメントを含む請求項１９に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項２２】
前記熱線を通る電流パルスを供給することと、前記熱線の抵抗を一定に維持していない期間に前記熱線の抵抗を測定することを含んでいる既知の温度で前記熱線を調整すること、をさらに備える請求項１２に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項２３】
前記熱線を加熱しないように前記熱線を通る前記電流パルスのパルス時間が選択される請求項２２に記載の流体の流れ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は定温熱伝導体式アネモメーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
定温熱線（ホットワイヤー）式アネモメーターは、一定温度に加熱されたワイヤーを通り過ぎる流体によって運びさられた熱量に基づく流体の速度を測定するためにしばしば用いられている。熱の対流により失った熱量は、フィラメントを通り過ぎる流体の速度に依存するものである。定温熱線式アネモメーター、すなわちＣＴＡｓは、加熱されたフィラメントの温度を一定に保持するものであり、そして、経験上得られたデータ、数学アルゴリズム、若しくは、その両方を用いて、フィラメントを一定温度に保つために用いられたエネルギーに基づいて流体の流量を算出している。フィラメントの温度は、フィラメントの電気抵抗に関連するため、ＣＴＡはフィラメントの抵抗を一定に維持するように動作する。適切なフィラメントを製造するために使用される金属は、１℃につき０．１％のオーダーの抵抗係数を持つものであり、このため、フィラメントの実際の抵抗を高精度に測定する必要がある。
【０００３】
アネモメーターのための医学的に関連する１つの出願としては、患者の吸気及び呼気の流量を測定するものがある。多くの肺機能試験には、患者の肺に出入りする空気の比率に関する詳細を知ることを必要としている。吸気と呼気との間に生じる実際的な最大流量範囲は、一般的に毎秒０リットルと約２０リットルとの間で変化する。この範囲において、フィラメントは、ほんの２．０Ωの抵抗を有するであろう。フィラメントの抵抗と抵抗係数は低いため、小さい抵抗物品ですら測定精度を著しく悪化させることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の定温熱線式アネモメーターにおいて、フィラメントは、プローブの２つのピンの間に溶接されている。プローブは、ケーブルに対して取り外し可能に接続されている。ケーブルは、フィラメントを通りすぎる気体流量を算出するために電気回路と通じている。しかし、従来の定温アネモメーターにおいては、正確で精密な抵抗測定の取得を妨げているといういくつか問題点がある。例えば、フィラメントの抵抗と、ピンと電気回路との間のケーブルや接続部により生じる抵抗と区別する方法がない。ケーブルや接続部で引き起こされるいかなる抵抗変化も、フィラメントの抵抗における変化として電気回路によりみなされていまい、結果として誤った気体流量となるであろう。従来の定温アネモメータープローブに抵抗誤差が持ち込まれる経路としてはいくつかがある。これらの経路には、例えば、周囲温度における変化、そしてケーブル及び／又は接続部の物理的な外乱若しくは動きが含まれる。これらの誤差のいくつかは、かなりの時間と労力をかけてプローブの完全な再較正することなしには、除去することも覆すこともできない。
【０００５】
現実的に考慮することは、例えば、プローブが使い捨て可能であるとき、又は交換、メンテナンス、若しくはクリーニングを要求するとき、電気回路を収納するユニットにプローブが接続されているケーブルから当該プローブをユーザーが脱着できるように、プローブを設計する必要がある。その結果、すべてのプローブの設計において、ケーブル及びコネクターが必要とされており、それによって前述した誤差メカニズムは確実に存在するものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のアネモメーターは、内側ピンの対と外側ピンの対を含む一組の導電性ピンを有する。伝導体は、電気的及び機械的にピンと連結されている。電流源は、内側ピンと連結されている。電流源は、内側ピンの間の伝導体を通る電流を供給するように構成されている。電圧センサーは、外側ピンと連結されており、外側ピンの間の伝導体にかかる電圧を測定するように構成されている。電流源と電圧センサーは、内側ピンの間の伝導体の抵抗を一定に維持するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は定温熱伝導体式アネモメーターの一例の状況を示した概略図
【図２】図２は図１の定温熱伝導体式アネモメーターの一例の一部を示した概略図
【図３】図３は定温熱伝導体式アネモメーターの回路の一例を示した概略図
【図４】図４は図３の回路の回路例を示した概略図
【図５】図５は定温熱伝導体式アネモメーターの別の例を示した概略図
【図６】図６は図５の定温熱伝導体式アネモメーターの部分回路の一例を示した概略図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付図面は、実施形態のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部に組み込まれ、そして本明細書の一部を構成する。図は、実施形態とともに実施形態の原理を説明するのに役立つ記載を示している。他の実施形態及び実施形態の意図した利点の多くは、以下の詳細な説明に言及することによって容易に理解できるであろう。図の要素は、必ずしも互いに相対的な縮尺ではない。同一の符号は、同一の部品に対応するように付されている。
【０００９】
以下の詳細な説明においては、本明細書の一部となっている添付図面に言及しており、そして、発明が実施できる詳細な実施形態を例示している。この関連において、方向を示す用語は、述べられている図の方向を参照して使用される。実施形態の構成要素は、多くの異なった方向に配置され得るため、方向を示す用語は、例示の目的で使用されており、限定するものではない。本実施形態は、他の実施形態に利用することができ、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的又は論理的変更を行うことができることは、理解できるであろう。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味に解釈されるものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。この中で述べられている種々の代表的な実施形態の特徴は、特に注記がない限り、お互いに組み合わせることができることは理解できるであろう。
【００１０】
図１は、本開示の定温熱伝導体式アネモメーター（ＣＴＡ）１２の一例の状況１０を示す。ＣＴＡ１２は、アネモメーター本体１８のルーメン１６の中に配置されたプローブセット１４を含んでいる。本実施例において、本体１８は、プローブセット１４が配置された収縮部２０を含んでいる。本実施例の状況において、ユーザーが息を吐く、すなわち、アネモメーターの第１の端部２２に息を吹き込むと、吐出された息２４は、ルーメン１６を通過して、プローブセット１４を超え、そして第２の端部２６から出て行く（流れが反対方向の場合、例えば、吸入中であっても、流量を決めることができる）。本実施例において、第１の端部２２は、ユーザーとインターフェースするように、マウスピース及びフィルターを含むことができる。当然、本開示のアネモメーターは、流体の流れ又は温度の測定を伴う他の利用のために構成され得るものであり、また、アネモメーターは、吸入され及び吐出された息よりも他の流体に適合した適切な本体及びプローブセットを含んで構成されうる。
【００１１】
プローブセット１４は、プローブセット１４から遠く離れて設置されている場合がある制御及び測定デバイス３０と電気的に連結されたケーブル２８にだいたい接続されている。図示された実施例において、ケーブル２８は、制御及び測定デバイス３０と連結されている。１つ以上の接続部（図示せず）は、プローブセット１４と測定デバイスとの連結部分に含み得る。制御及び測定デバイス３０は、プローブセット１４における伝導体の温度を一定に維持するように構成されている。温度を一定に維持するために使用されるエネルギーは、特に、流れている流体２４によりプローブセット１４からエネルギーが取られているとき、流体の流れを決定するためにデバイス３０により測定され、計算される。
【００１２】
図２は、図１の２−２線に沿ったＣＴＡの断面におけるＣＴＡ１２を示している。図２は、またプローブセット１４のより詳細な図を示す。本実施例のプローブセット１４は、内側ピン３２、３４及び外側ピン３６、３８を含む４つの導電性ピンを含んでいる。各ピンは、それ自身の導電性ワイヤーと結び付けられている。各ピンは、対応するワイヤー、例えば、ピン３２とワイヤー４２、ピン３４とワイヤー４４、ピン３６とワイヤー４６、そして、ピン３８とワイヤー４８とが電気的に連結されている。ワイヤーは、ケーブル２８としてまとめられて機械的に繋がっており、そして各ワイヤーは、制御及び測定デバイス３０における電気的接続を提供している。図３に示された一実施例では、制御及び測定デバイスが、ワイヤー４２のための専用の電気的接続５２、ワイヤー４４のための専用の電気的接続５４、ワイヤー４６のための専用の電気的接続５６、及びワイヤー４８のための専用の電気的接続５８を含んでいる。
【００１３】
図２において示されたプローブセット１４に戻って、ピン３２−３８は、単一の伝導体５０と一緒に接続されており、その伝導体は、例えば、すべてのピンに渡って延設されている導電性の伝導体、すなわちフィルムであってもよい。他の実施例において（図示せず）、伝導体は、ピン３６と３２との間の伝導経路と、ピン３４と３８との間の伝導経路が、ピンの延長であってもよい３つの部分に分割することができる。本実施例におけるピン３２と３４との間にある伝導体５０は、ノードで各ピンに機械的及び電気的に取り付けられている。伝導体は、複数の適切な方法において、例えば、スポット溶接を通して、ピンに取り付けられ得る。伝導体は、多くのふさわしい材料から形成され得るものであり、例えば、ステンレススチールフィラメント、又はより具体的には、”３０４”ステンレススチール、白金及び／又は白金ロジウム合金である。一実施例において、伝導体は約２５．４μｍ（０．００００２５４ｍ）の断面直径を持っている。
【００１４】
図３はデバイス３０の回路例でＣＴＡ１２の一例を示す。ワイヤー４２と４４は、デバイス３０の駆動回路６０に接続されている。駆動回路は、内側ピン３２と３４との間の伝導体５０にワイヤー４２と４４を通して流し、伝導体５０を加熱する電流Ｉを供給する。駆動回路は、抵抗を一定に維持し、そして電流により、内側ピン３２と３４との間の伝導体５０の温度を一定に維持している。一定の温度に維持するために必要な電流量は、測定されて、伝導体５０を横切る流体の流れを計算するために使用される。
【００１５】
ワイヤー４６と４８は、高インピーダンス電圧検出器６４に接続されており、また外側ピン３６、３８で伝導体５０に接続されている。電流がピン３２、３４との間の伝導体に流れるが、わずかな電流がワイヤー４６、４８を流れて、電圧検出器に流れる。わずかな電流だけがワイヤー４６、４８に流れるため、それらのワイヤーは、わずかな抵抗しか備えていない。外側ピン３６、３８の間の測定された電圧は、基本的に内側ピン３２、３４間の電圧と同じである。したがって、電圧検出器は、ケーブル、コネクター、接合部などからの抵抗なしに、内側ピン３２、３４の間の伝導体５０の通電部分にかかる電圧を受け取っている。伝導体５０の抵抗は、駆動回路６０で測定された電流と検出器６４での電圧によりデバイス３０において算出され得る。このアプローチは“ケルビンセンシング”技術として述べることができる。伝導体の温度は、その抵抗に依存するものであり、そして、デバイス上の処理装置は、ＣＴＡ１２におけるピン３２と３４との間の伝導体５０の抵抗を一定に維持するために必要とされるエネルギー又は電力を含んでいるいくつかの要因に基づいて流体の流れを計算することができる。
【００１６】
図４は、ＣＴＡサーボ６５として、駆動部６０と検出器６４において使用するために適した回路の一例を示している。伝導体としては、熱フィルム、又は他の電気の適切な伝導体であるが、サーボ６５は、ピン３２、３４との間の伝導体５０、すなわち“熱線（ホットワイヤー）”６６を一定の抵抗値ＲＨＷに維持する。熱線６６の温度は、その抵抗ＲＨＷに依存するものであるため、サーボ６５もまた熱線６６を一定の温度に維持している。トランジスタＱ１は、電流Ｉが電圧源６８からトランジスタＱ１を通して流れるように制御されている。本実施例において、電圧源は、一般的に＋５Vに設定されている。電流Ｉは固定された標準抵抗ＲＲＥＦ、例えば、本実施例においては２Ωの抵抗、及び熱線６６を通して流れる。ＲＲＥＦの代わりに他の電流検出方法を使用することもできる。
【００１７】
サーボ６５はまた、差動入力計装増幅器７０、７４、及び７８を含んでいる。標準抵抗ＲＲＥＦにかかる電圧ＶＲＥＦは、ゲインＧ及び出力７２を有する増幅器７０へ入力される。出力７２は、熱線６６を通して流れる電流Ｉに依存するものである。熱線６６にかかる電圧ＶＨＷは、外側ピン３６、３８からゲインＧ及び出力７６を有する増幅器７４に供給される。出力７６は、熱線６６にかかる電圧ＶＨＷに依存するものである。本実施例において、増幅器７０、７４のゲインＧは５である。増幅器７８、すなわち誤差増幅器７８は、増幅器７０、７４の出力に連結されている。誤差増幅器７８は、負入力８０及び正入力８２を含んでいる。増幅器７０の出力７２が、負入力８０で誤差増幅器７８に供給されており、そして、増幅器７４の出力７６が、正入力８２で誤差増幅器７８に供給されている。誤差増幅器７８の出力８４は、トランジスタＱ１のゲートに接続されている。
【００１８】
誤差増幅器７８への２つの電圧入力８０、８２が等しいとき、サーボ６５は、バランスがとれている。これは、ＶＲＥＦがＶＨＷと等しいときに生じ、そして、これはＲＲＥＦがＲＨＷと等しいとき、すなわち、本実施例においては、２Ωのときに生じる（これは、ＲＳＥＴが、その最大に設定されており、アンプ７４の出力７６を減少させないと仮定している）。
【００１９】
流体が伝導体５０を横切って流れて、熱線６６が冷え始めて、ＲＨＷを減少させている。ＲＨＷの減少は、出力７６での電圧を減少させ、Ｑ１のゲートをより負へ動作させる。これは、次に、ＲＲＥＦ及びＲＨＷを通して流れる電流Ｉを増加させる。熱線６６は、増加された電流で、その抵抗ＲＨＷを増加させるが、しかし、ＲＲＥＦは変化しない。サーボ６５は、ＲＲＥＦがＲＨＷと再び等しくなったとき、増加した電流Ｉで新しいバランスとなる。アンプ７０、７４からの電圧出力７２、７６もまた、新しいバランス点まで増加するであろう。流体の流れが減少したときには、反対のことが起こるであろう。サーボ６５はＲＨＷを一定に保つように動作する、それは、熱線６６の温度が一定に保たれることを意味する。伝導体を一定の温度に保つのに使用されるエネルギーは、熱線６６にかかる電圧に依存するものであり、そして、それは流体の流量を決定するための計算において使用されうる。
【００２０】
アンプ７４の高インピーダンス入力は、ワイヤー４６、４８における抵抗、すなわち、周囲温度における変化又はこれらのワイヤーへの接続部（図示なし）の抵抗における変化に起因するそれらの抵抗率における変化により、ほとんど影響を受けていない。熱線６６がピン３２−３８に取り付けられているところの熱線６６（たぶん上記溶接部）の絶縁抵抗のみが、サーボ６５の作用に関係している。
【００２１】
また、サーボ６５は、熱線６６の作動温度を設定するための可変抵抗ＲＳＥＴを含むこともできる。ＲＳＥＴは、増幅器７４の出力７６に接続され、誤差増幅器７８の正入力８２に接続されている。一実施例において、ＲＳＥＴは、デバイス３０上の処理装置によって制御可能なデジタルで制御される可変抵抗である。可変抵抗は、誤差増幅器７８に入力される前に出力７６を減衰させる抵抗分割値ＲＳＥＴと仮定することができる。可変抵抗ＲＳＥＴは、その調整可能タップがその最大値より小さく設定されているとき、増幅器７４の出力７６を減少させる。可変抵抗が増幅器７４の出力７６を減衰させるとき、ＶＨＷは、サーボ６５がバランスを取れるように可変抵抗の減衰がないときよりも、必ず高くなければならない。これは熱線６６の作動温度を高くする。したがって、ＲＳＥＴとグランドとの間の調整可能ワイパーの抵抗が低くなるほど、熱線６６の設定している一定の作動温度が高くなる。
【００２２】
図５は、２チャンネルのＣＴＡ９０の一例を示しており、同様の部品には同様の参照符号を付けている。この場合、伝導体５０を伴った第１のプローブセット１４と熱線６６は、ＣＴＡ１２の場合と同じであり、そして、それらは前述したものを含んだデバイス３０に連結するのと同じ方法で、第２の測定及び制御デバイス９６が連結されている。
【００２３】
本実施例におけるＣＴＡ９０は、プローブセット１４と同様に、伝導体１５０に電気的及び機械的に連結された、内側ピン１３２、１３４及び外側ピン１３６、１３８を有する第２のプローブセット９４をさらに含んでいる。内側ピン１３２、１３４の間の伝導体は、冷線（コールドワイヤー）１６６と呼ばれており、そして、２チャンネルＣＴＡ９０の本体１８の中の流体の温度を測定するために使用される。一実施例における冷線１６６の伝導体は、フィラメントである。
【００２４】
流体の温度は、冷線１６６の温度から決定され、それは冷線１６６の抵抗によって決定される。伝導体１５０において大幅な加熱が引き起こされないように、冷線１６６には小さな平均電流Ｉ’が流れている。外側ピン１３６、１３８の間の電圧降下は、デバイス３０における別の検出回路で測定される。前述したようなケルビンセンシング技術が、外側ピン１３６、１３８の間の電圧を決定するために使用される。
【００２５】
本実施例において、時間を過ぎてワイヤーを通る全電流が冷線１６６を僅かに加熱することにより、伝導体１５０を通る電流Ｉ’が、短く、頻繁でなく、比較的高い電流パルスで脈動する場合、冷線１６６はより正確に流体の温度を測定することができる。短いパルスの期間に、外側ピン１３６、１３８の間の電圧降下は、抵抗を精度高く決定して測定され、そして、そのため、その温度、及び流体の温度を精度高く決定する。
【００２６】
図６は、一実施例のサンプルを示しており、別の時間で熱線６６と冷線１６６の抵抗を測定するために使用することができる２チャンネルＣＴＡ９０とともに使用することができる保持回路９６を示している。ＣＴＡは、調整時に別のサーモメータから読まれる既知の周囲温度で調整されている。調整時において、各ワイヤー６６、１６６の抵抗は、周囲温度で決定される。調整は、熱線６６の作動一定温度を設定するのに役立てることができ、そして冷線１６６により周囲流体の動的温度を測定するのに役立てることができるものであり、それらは交代でＣＴＡ９０を通る流体の流れのより正確な測定を可能にする。
【００２７】
回路は、第１のプローブセット１４及び第２のプローブセット９４に連結されており、そして伝導体５０、１５０をアナログデジタルコンバータ１００の入力チャンネル９８へ連結するのに使用される複数のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を含んでいる。スイッチＳ２、Ｓ３は、オンに設定されているとき、小さい抵抗を有しており、そして、処理装置によって制御される。本実施例におけるスイッチＳ１は、単極／双投スイッチ（ＳＰＤＴ）であり、そして、処理装置によって制御される。
【００２８】
冷線１６６の抵抗を測定するために、スイッチＳ１の共通端子は、ピン１３８に選択され、そして、スイッチＳ２及びＳ３は、オフに設定される。既知の値の冷線（コールドワイヤー）電流パルス１０４は、ピン１３２を通して冷線１６６に供給される。電流はピン１３４を通して、グランドに流れる。一実施例において、冷線電流パルス１０４は、１０μｓであり、２００ｍＡパルスである。そのパルス１０４が始まった後、スイッチＳ２がオンになり、そして、パルスの終わる前にオフになる。一実施例において、スイッチは、パルス１０４の始まった後、１μｓでオンになり、パルスの終わる前、１μｓでオフになる。したがって、コンデンサーＣ１は、保持モードになる前に冷線１６６にかかる電圧をサンプリングするための８μｓを有する。本実施例において、コンデンサーＣ１は、高品質ポリプロピレンコンデンサである。増幅器１０２は、単一のゲインを含むことができ、それはＡＤＣ１００のインピーダンスがＡＤＣの動作によって変動するため、含められうる。冷線電流パルス１０４は、周囲温度より高く冷線１６６をあまり加熱しないように十分に短く、十分に頻度少なく形成される。電流パルスの値が知られ、冷線１６６を通る電流パルスによって生じた電圧が、ＡＤＣ１００のチャンネル９８を使用して測定されるので、冷線の抵抗はオームの法則によって決定される。一度、冷線の抵抗が調整時間中の既知の周囲温度で決定されると、ＣＴＡの動作期間中におけるその周囲にある流体の動的温度を計算することができる。
【００２９】
調整の目的のために、周囲温度における、そしてサーボ６５が電気的に熱線６６と接続されていないときにおける、熱線６６の抵抗の測定は、冷線１６６における抵抗の測定と類似の方法で実行される。熱線６６の抵抗を測定するために、スイッチＳ１がピン１３８に接続するよう選択され、そしてスイッチＳ２及びＳ３はオフにセットされる。既知の値の熱線電流パルス１０６は、ピン３２を通して熱線６６に供給される。電流は、ピン３４を通してグランドに流れる。一実施例において、ホットワイヤーパルス１０６は、１０μｓであり、２００ｍＡパルスである。パルス１０６が始まった後、スイッチＳ３がオンになり、パルスの終わる前にオフになる。一実施例において、スイッチはパルスの始まった後、１μｓでオンになり、パルスの終わる前、１μｓでオフになる。したがって、コンデンサーＣ１は、保持モードの前に熱線６６にかかる電圧をサンプリングするための８μｓを有する。Ｃ１によりサンプリングされた電圧は、冷線のために前述したようにＡＤＣ１００によって測定され、そして、調整時の熱線の抵抗は、前述した冷線抵抗の計算と同様の計算が実行される。一度、熱線抵抗が調整時に既知の周囲温度で決定されると、ＣＴＡの動作期間中の熱線の一定作動温度は正確に設定される。
【００３０】
本明細書において、詳細な実施形態が図示及び説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、図示及び説明される詳細な実施形態の代わりに、種々の代替及び／又は同等の実施がされることは、当業者であれば理解できるであろう。本出願は、本明細書で説明した詳細な実施形態のいくつかの応用若しくはバリエーションをカバーしようとするものである。したがって、本発明が特許請求の範囲及びその均等物によってのみ制限されることが意図されている。
【図１】
2013501935.tif 000003
【図２】
2013501935.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013501935.tif 000007
【図６】
2013501935.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月11日(2012.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側ピンの対及び外側ピンの対を含む複数の導電性ピンと、
前記複数のピンに電気的及び機械的に連結された伝導体と、
前記内側ピンに連結され、前記内側ピンの間の前記伝導体を通る電流を供給するように構成された電流源と、
前記外側ピンに連結され、前記外側ピンの間の電圧を測定するように構成された電圧センサーと、を備え、
前記電流源及び電圧検出器が、前記内側ピンの間の前記伝導体の抵抗を一定に維持するように構成された、定温熱線式アネモメーター。
【請求項２】
前記内側ピンの間の前記伝導体の抵抗が、前記伝導体の温度に関連する請求項１に記載のアネモメーター。
【請求項３】
前記伝導体が流体中に配置された請求項２に記載のアネモメーター。
【請求項４】
前記流体が気体である請求項３に記載のアネモメーター。
【請求項５】
流体の流れの測定が、前記流体の流れの結果として、前記伝導体からの熱対流に依存する請求項３に記載のアネモメーター。
【請求項６】
前記伝導体から熱が対流によって移動するとき、前記複数のピンが、前記内側ピンの間の前記伝導体の抵抗を一定に維持するように構成されたサーボに接続されており、前記サーボが前記電流源及び前記電圧センサーを含んでいる請求項５に記載のアネモメーター。
【請求項７】
前記サーボは、前記伝導体にかかる電圧及び前記伝導体と直列に接続された標準抵抗にかかる第２の電圧に基づいて、前記電流源からの電流量を調整する請求項６に記載のアネモメーター。
【請求項８】
前記流体の温度を動的に測定するように構成された流体温度センサーをさらに備える請求項３に記載のアネモメーター。
【請求項９】
前記流体温度センサーは、
第２の内側ピンの対、第２の外側ピンの対、及び前記第２の内側ピンの対と前記第２の外側ピンの対と連結された第２の伝導体と、
前記第２の内側ピンに連結され、前記第２の内側ピンの間の前記第２の伝導体を通る第２の電流を供給するように構成された第２の電流源と、
前記第２の外側ピンに連結され、前記第２の外側ピンにかかる第２の電圧を測定するように構成された第２の電圧センサーと、を含み、
前記第２の内側ピンの間の前記第２の伝導体の抵抗が、前記流体の温度に関連する請求項８に記載のアネモメーター。
【請求項１０】
前記第２の電流が電流パルスである請求項９に記載のアネモメーター。
【請求項１１】
前記伝導体がフィラメントである請求項１に記載のアネモメーター。
【請求項１２】
流れている流体の中に配置された伝導体を備えることであって、前記伝導体が外側ピンの対及び内側ピンの対と連結され、そして前記伝導体が前記内側ピンの間に熱線部分を有しており、前記熱線が該熱線の温度と関連する抵抗を含んでおり、
前記熱線を通って流れる電流を供給すること、
前記外側ピンで前記熱線にかかる電圧を測定すること、
前記流体の流れが前記熱線から熱を対流で運びさるとき、前記熱線の抵抗を一定に維持すること、及び
前記流体の流れにおける前記熱線の抵抗を一定に維持するために必要とされるエネルギー量に基づいて前記流体の流れを算出すること、
を備える流体の流れ測定方法。
【請求項１３】
前記熱線から対流によって熱が運ばれるとき、前記電流の流れの量を調整すること、をさらに備える請求項１２に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１４】
前記電流の流れの量を調整することは、前記外側ピンにかかる前記測定された電圧に関連する請求項１３に記載の流体の流れ測定方法。
【請求項１５】
前記電流源に連結され、前記熱線と直列に接続された標準抵抗を提供すること、
前記標準抵抗から引き出された電圧を測定すること、
前記標準抵抗から引き出された前記電圧を前記外側ピンで前記熱線にかかる電圧と比較すること、及び
前記標準抵抗及び前記熱線から引き出された電圧が等しくなるように、前記電流の流れの量を調整すること、をさらに備える請求項１４に記載の流体の流れ測定方法。
【国際調査報告】
2013501935.tif 000009
2013501935.tif 000010
2013501935.tif 000011