特許 5787767 “Ｘ”ワイヤ風速計プローブ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5787767

(24)【登録日】2015年8月7日

(45)【発行日】2015年9月30日

(54)【発明の名称】“Ｘ”ワイヤ風速計プローブ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/12 20060101AFI20150910BHJP

【ＦＩ】

   G01P5/12 A

【請求項の数】22

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2011-541488(P2011-541488)

(86)(22)【出願日】2009年12月18日

(65)【公表番号】特表2012-513021(P2012-513021A)

(43)【公表日】2012年6月7日

(86)【国際出願番号】EP2009067577

(87)【国際公開番号】WO2010070119

(87)【国際公開日】20100624

【審査請求日】2012年11月8日

(31)【優先権主張番号】0858879

(32)【優先日】2008年12月19日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】506423291

【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジィ アトミーク エ オ ゼネ ルジイ アルテアナティーフ

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＭＩＳＳＡＲＩＡＴ Ａ Ｌ’ＥＮＥＲＧＩＥ ＡＴＯＭＩＱＵＥ ＥＴ ＡＵＸ ＥＮＥＲＧＩＥＳ ＡＬＴＥＲＮＡＴＩＶＥＳ

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】モロ・ジャン・ポール

【審査官】 里村 利光

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１８３４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０１７６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 J. Phys. E Sci. Instrum.，１９８９年，22，262-268

【文献】 Stavros Tavoularis，Measurement in Fluid Mechanics，米国，Cambridge University Press，２００５年 １月，p.250-p.251

【文献】 Rev. Sci. Instrum.，２００７年，78，104903-1〜104903-13

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ ５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面近傍で測定を行うシングルワイヤ又はｎ（ｎ＞１）ワイヤ風速計プローブの製造方法であって、前記ワイヤの少なくとも１つについて、
ａ）保護シース（２２）によって覆われた０．６μｍ未満の直径ｄの金属コア（２０）を有する前記ワイヤ（２）の直線部を２つの面（６１´、６３´）上に配置及び支持すること、
ｂ）長さｌで、ｌ／ｄ比が６００〜１５００である活性ワイヤ測定領域（１４）を露出するために前記シース（２２）の一部を除去すること、
ｃ）前記ワイヤを前記プローブの２つのピン（４、６、４０、６０）に半田付けすること、
を含む。

【請求項2】

少なくとも２つのワイヤを備える風速計プローブを製造するための方法であって、
少なくとも、前記ワイヤの第１のワイヤの製造に前記工程ａ）〜ｃ）を用い、前記ワイヤの第２のワイヤの製造に前記工程ａ）〜ｃ）を用いることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記プローブはマルチワイヤプローブであり、前記ワイヤは平行であるか、又は“Ｘ”状に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記ワイヤは、０．２ｍｍ〜１ｍｍ間隔で互いに離隔されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記工程ｂ）は前記ワイヤの少なくとも１つ、又は各ワイヤに対して、
前記ワイヤの第１部分を前記２つの面の第１面に配置し、この前記ワイヤの前記第１部分を接着材料の第１滴（７１）を使用して前記第１面に固定し、
前記ワイヤの第２部分を前記２つの面の第２面に配置し、この前記ワイヤの前記第２部分を接着材料の第２滴（７３）を使用して前記第２面に固定すること、を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記ワイヤの少なくとも１つ、又は各ワイヤに対して、前記工程ａ）の後に、ワイヤの湾曲を形成すること、を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記湾曲は、前記ワイヤが位置されている前記２つの面（６１´、６３´）を互いに向かって移動させることにより形成されることを特徴とする請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記工程ｂ）は前記ワイヤの少なくとも１つ、又は各ワイヤに対して、活性測定領域（１４）を形成するために、前記ワイヤシース（２２）を剥離すること、を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記工程ｂ）は前記ワイヤの少なくとも１つ、又は各ワイヤに対して、
第１の酸洗い工程、
第２の電気化学的な剥離工程、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ワイヤの少なくとも１つ、又は各ワイヤに対して、剥離長を決定するために、前記ワイヤの抵抗値の測定を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。

【請求項11】

剥離液の滴（１０２）を保持することが可能なワイヤ（１０１）によって形成されたループを使用して剥離すること、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項12】

前記ワイヤの少なくとも１つ、又は各ワイヤに対して、前記ワイヤが使用される温度よりもはるかに高い温度でのアニーリングを行うこと、を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

半田付けは、ホットエアペンシル又はレーザ衝撃によって行われることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記工程ａ）の前に事前ワイヤ伸長工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記工程ｃ）は、錫−鉛タイプの半田を使用して行われることを特徴とする請求項１乃至１４もいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

ａ）少なくとも２つのホールドピン（４、６、４０、６０）と、
ｂ）前記ピンに半田付けされており、直線部を含む少なくとも１つのワイヤ（２）と、
を備え、
前記直線部は、０．６μｍ未満の直径ｄを有し、保護シース（２２）に覆われ、
前記保護シースは、長さｌで、ｌ／ｄ比が６００〜１５００である活性ワイヤ測定領域（１４）を露出するために、部分的に除去されていることを特徴とする表面近傍で測定を行うシングルワイヤ風速計プローブ、又はｎ（ｎ＞１）ワイヤ風速計プローブ。

【請求項17】

前記プローブは、マルチワイヤプローブであり、前記ワイヤは平行であるか、又は“Ｘ”状に配置されることを特徴とする請求項１６に記載のプローブ。

【請求項18】

前記ワイヤは、０．２ｍｍ〜１ｍｍ間隔で互いに離隔されているか、又は互いに平行に配置されて０．２ｍｍ〜１ｍｍ間隔で互いに離隔された平面に配置されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のプローブ。

【請求項19】

前記プローブの本体を衝撃吸収シース（１２）に挿入することを含むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項20】

前記プローブの本体は、衝撃吸収シース（１２）に挿入されていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載のプローブ。

【請求項21】

前記ワイヤは、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ間隔で互いに離隔されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。

【請求項22】

前記ワイヤは、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ間隔で互いに離隔されているか、又は互いに平行に配置されて０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ間隔で互いに離隔された平面に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のプローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面近傍で風力測定を行うプローブの分野に関し、さらに具体的には、ホットワイヤ式（熱線式）又はコールドワイヤ式（冷線式）の風速計型のプローブ又は装置とそのようなプローブの製造方法に関する。

【0002】

また、本発明は、そのようなプローブ用の電源制御及び測定装置に関する。

【背景技術】

【0003】

ホットワイヤ式風速計の原理について簡単に説明すると、この技術では、通常２〜５μｍの直径を有する非常に細い金属ワイヤがジュール効果によって加熱される。この金属ワイヤが、当該ワイヤの温度未満の気流中に配置されると、当該ワイヤは、強制対流によって冷却される。流動流体（flow fluid）の速度及び／又は温度の変動は、ワイヤ温度の変動を引き起こし、結果として、当該ワイヤの電気抵抗の変動を引き起こす。このような電気抵抗の変動は、測定のために使用される。

【0004】

ワイヤから放出され、その後ワイヤとその周囲の環境との間で交換される電力は、電子回路によって異なる方法で供給することが可能であって、次の３タイプの風速計、
定電流型風速計、
定温度型風速計、
定電圧型風速計、
を定義するために使用することができる。

【0005】

表面はその存在によって速度測定に影響を及ぼすため、物体の表面近傍で行われる測定は、非常に特別である。この結果、速度値の過大評価を生じさせる。

【0006】

この過大評価は、物理的に以下のように説明される。前記の金属ワイヤが過熱されるため、ワイヤは熱拡散スポット（thermal diffusion spot）によって囲まれる。前記の金属ワイヤと前記の物体の表面との距離がワイヤを取り囲むこのホットスポットのサイズより小さく減少すると、エネルギー伝達が前記の物体の表面に向かって発生する。前記の金属ワイヤについては、前記物体の表面が存在しない状態で測定されたキャリブレーションと比較して、測定された速度の増加に等しい前記の伝達されたエネルギーの増加をもたらす。この過速度現象は、前記の物体の表面からおよそｙ⁺＝６程度の無次元距離から有効になる。異なる分析的な補正は、この表面の架橋現象（surface bridge phenomenon）に影響を受ける測定値を補正するために開発された。これらの補正方法は、（例外なく）期待された結果から始めてそれらが構築されているという重大な欠点がある。その結果、前記の補正方法は、定常状態でない流体の流れの状態には使用できない。

【0007】

概略的には、リグラーニ（Ligrani）及びブラッドショー（bradshaw）の１９８７年の文書に記載され、図１に示された公知のプローブは、白金及び１０％のロジウムからなる合金で作られた金属ワイヤ２０１（ホットワイヤ直径０．６２５μｍ）を含む。この金属ワイヤは、“Ｕ”字形状であって、その活性部６００（加熱長さ）において電流が流される。

【0008】

上記の金属ワイヤは、アラルダイト接着剤４５０によって互いに接触が保たれた２つの先端４００、６００の端部に固定されている。前記金属ワイヤ、当該ワイヤを固定する（錫）半田ポイント２２１によって、前記の端部上に固定される。

【0009】

２つのピンの先端間の間隔ｅは、０．５ｍｍである

【0010】

図１で見ることができるように、ワイヤは、ピンが互いに接近させることにより生まれるブロッキング効果を中和するように、先端４００、６００によって定義される平面から約１５°の角度αで傾斜した平面を定義している。遮断効果（ブロッキング効果）は、ピンの端部同士が近すぎるという事実によって、流体の流れを妨げる。この障害は、活性部６００で行われた全ての測定に影響を与える。

【0011】

そのため、課題の１つは、そのようなプローブよりも良い性能を有するプローブを作ることにある。特に、図１に示すような型のプローブは、振動に対する耐性と感度に問題がある。

【0012】

予想される測定タイプの別の態様は、フィルタリング現象である。この現象は、活性領域が大きすぎるときに発生し、ポイント測定値よりもむしろ平均測定値または積分測定値を与える。

【0013】

このフィルタリング現象を制限するための１つの解決策は、ワイヤの長さを減少させるために、ピン同士の間隔を減少させることである。しかしながら、上述したように、ピン同士を互いに近接しすぎると、Comte-Bellot等（ASME, J.Applied Mechanics, vol.38, 767-774, 1971）の「単一ホットワイヤプローブによって生じる空気力学的攪乱において（“On aerodynamic disturbances caused by single hot-wire probes”）」と題された論文に記載されているように、流体の流れへの遮断効果が生じる。「リグラーニ（“Ligrani”）」プローブの概念に基づいてワイヤの活性長を削減することからなるこの解決策は、ピンが互いに近接しすぎることによって、遮断効果が効果的に増大する。

【0014】

Dantesc社及びTSI社によって販売されているものなどのように、上述の問題を解決可能な既製品のプローブはない。

【0015】

したがって、既製の風速計アセンブリを含む公知のプローブ（定温度風速計に関する通常２．５μｍ径のプローブ）は、小規模な乱気流の測定には適さず、我々が求める表面の近傍での測定には全く適さない。

【0016】

さらに、ますます正確な速度測定及び物理的な表現をする場合、全てのワイヤの体積が可能な限り小さな範囲内であり、そのため全てのワイヤで速度が同じであると仮定できるほど、全てのワイヤによって定められた体積が非常に小さなマルチワイヤプローブが必要である。

【0017】

最後に、このタイプのプローブの製造には未だほとんど解決されていない多数の技術的な問題がある。

【0018】

現時点では、１ｍｍの数分の１未満の非常に小さな距離で分離されたいくつかのワイヤから構成されるプローブを作成することは不可能である。

【0019】

本発明で生じる１つの特定の課題は、優れた性能を有するプローブを作成する再現可能な製造方法を見つけることである。特に、そのような方法は、単一のワイヤプローブ又は“Ｘ”の又は平行のマルチワイヤプローブの作成を可能にするべきである。

【0020】

本発明は、特に遮断効果（ブロッキング効果）を制限するために、具体的には、非常に小さな径を有し、ピン同士の間隔が大きなプローブの製造に有用である。

【0021】

特に、本発明は、直径０．３５〜０．６２５μｍのワイヤ、例えば、０．５μｍ径のワイヤを用いてプローブを再現可能に作成するために利用され得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

本発明の課題は、優れた性能を有するプローブを作成する再現可能な製造方法を見つけることである。

【課題を解決するための手段】

【0023】

第一に、本発明は、表面近傍で測定を行うために、平行又はＸに配置されたｎ個（ｎは１以上）のワイヤを有する風速計プローブに関連し、該風速計プローブは、各々のワイヤについて、
ａ）各々の端部にワイヤ配置及び固定領域を有する２つのワイヤホールドピンと、
ｂ）該ワイヤ配置及び固定領域上に半田付けされる直線ワイヤ部と、
を有する。

【0024】

ピンの端部は、少なくとも４ｍｍの間隔で離隔されてもよい。

【0025】

好ましくは、ワイヤは、白金及びロジウムの合金からなり、直径ｄが０．３５〜０．６μｍである中央コアと、０．４〜０．５ｍｍの長さで、センシティブ又は活性領域と呼ばれる、銀のシース（sheath）が除去されたワイヤと、を含む。

【0026】

ワイヤは、錫−鉛タイプの半田を使用してピン上に半田付けされてもよい。

【0027】

ワイヤは、ワイヤの活性部の破損の問題を解決するために湾曲している。

【0028】

上述のタイプの本発明に係るプローブは、平行、又は「Ｘ」状のｎ個（ｎは２以上）のワイヤを含む。例えば、平行に、又は「Ｘ」状に配置された２個、３個又は４個のワイヤを含んでもよい。

【0029】

本発明はまた、ｎ個（ｎは１又は２以上）のワイヤを有する風速計プローブの製造方法に関連し、特に、表面の近傍で測定を行うための以上に定義されたようなプローブは、少なくとも１つのワイヤについて、
ａ）例えば、研磨加工された２つの表面に、保護シース（protective sheath）によって包まれた金属コアを含むワイヤの直線部の配置及び支持し、
ｂ）その後に、活性ワイヤ測定領域（active wire measurement zone）を露出するためのシース部分の除去と、
ｃ）その後、ワイヤをプローブの２つのピン上に半田付けすること、
を含む。

【0030】

本発明によると、事前に露出又は剥離されたワイヤ（工程ｂ）は、ピン上に実装される（工程ｃ）。

【0031】

それがプローブのピンに半田付けされる前に、ワイヤの活性部が露出されたり、局所的に除去される（工程ｂ）ことができるように、ワイヤは、構造または表面上に配置される（工程ａ）。この技術では、ｎ個のワイヤが平行に又は「Ｘ」状に配置される非常に複雑な構造のプローブを製造することが可能になる。

【0032】

ワイヤが支持されている表面は、ワイヤの水平な支持及びワイヤの可能な限り正確なアライメントを提供するように、事前に整列されている。

【0033】

以上の工程は、マルチワイヤにおける各ワイヤについて繰り返されてもよい。

【0034】

したがって、本発明はまた、少なくとも２つのワイヤを有する風速計プローブを製造するための上述したような方法に関連し、前記ワイヤの少なくとも１つの第１のワイヤに対して工程ａ）〜ｃ）を使用し、その後、前記ワイヤの第２のワイヤに対して工程ａ）〜ｃ）を使用すること、を含む。

【0035】

工程ｂ）は、ワイヤの少なくとも１つに対して、
２つの表面の第１表面上にワイヤの第１部分を配置し、接着部材の第１の滴下を使用して、このワイヤの第１部分をこの第１表面に固定し、
２つの表面の第２表面上にワイヤの第２部分を配置し、接着部材の第２の滴下を使用して、このワイヤの第２部分をこの第２表面に固定すること、を含む。

【0036】

これら配置の工程と接着の工程との間に、ワイヤは、第１の接着点に対する湾曲を防ぐ手段によって支持されてもよく、そのような湾曲は、第２の配置及び接着工程において発生する。

【0037】

本発明に係る方法は、工程ａ）及びｂ）の後に、例えば、２つの表面を互いに向き合わせること（bringing the two surfaces towards each other）によってワイヤの湾曲の形成を含んでもよい。

【0038】

一実施形態によると、工程ｂ）は、活性測定領域を形成するためにワイヤシース（wire sheath）の剥離、例えば、
第１の酸洗い（first acid pickling）工程、
その後の、第２の電気化学的な剥離工程、を含む。

【0039】

ワイヤの抵抗測定は、剥離長を決定するために行うことができる。剥離はまた、剥離液の液滴を保持できるワイヤにより形成されるループを使用して行なわれてもよい。

【0040】

本発明に係るワイヤの一製造方法は、ワイヤが使用される温度よりもはるかに高い温度でのアニーリング工程を含む。

【0041】

半田付けは、ホットエアペンシル又はレーザ衝撃によって行なわれてもよい。

【0042】

工程ａ）の前に、例えば、ワイヤの軸方向の機械的な張力に起因する伸長といった予備ワイヤ伸長工程がワイヤの直線部を形成するために用いられることが可能である。例えば、ワイヤは、１つが自由に動く２つのパッドの端部に固定保持される。この可動パッドは、少なくとも１つの方向、好ましくは、２方向又は３方向に沿ってマイクロメートル移動のテーブル（micrometric displacement table）に接続される。

【0043】

本発明はまた、本発明によるプローブの使用を含む風量（anomometric magnitude）測定方法に関連し、特に、表面近傍での測定方法に関連する。

【0044】

別の態様によると、本発明はまた、定電流のワイヤ風速計を制御する装置に関連し、
電源手段及びワイヤへの電源電流及び基準抵抗を制御する手段と、
プローブワイヤの端子での信号と基準抵抗の端子での信号との間の差を決定する手段と、
装置の定温度を維持する手段と、を含む。

【0045】

この制御装置は、上述の本発明に係るプローブ、又は別のタイプの風速計プローブに適用されることができる。しかし、特に有用な結果は、本発明に係るプローブを用いて得られる。

【0046】

例えば、ワイヤ及び基準抵抗は、カレントミラー状に実装されてもよい。

【0047】

電源電流を制御する手段は、好ましくは、ダイオードに実装された制御トランジスタ及びポテンショメータを備える。

【0048】

本発明はまた、コールドワイヤ式温度風速計に関連し、例えば、上述した本発明の範囲内の構造を備える風速計と、
上述したような制御装置と、を備える。

【0049】

本発明は、追加の熱電対（thermocouple）なしに上述したような温度風速計の使用を含む、流動流体（flowing fluid）における温度を測定する方法に関する。

【発明の効果】

【0050】

この装置は、流体の流れにおける温度変動の測定だけでなく、過去には不可能であった、その平均気温の測定に使用されることができる。

【0051】

平均温度の測定のために、熱電対を使用することなくコールドワイヤ式風速計を使用することができる。

【0052】

風速計の測定値に影響を及ぼさず、機械的なストレス又は振動を吸収できる。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】公知のホットワイヤ式プローブを示す図面である。

【図2A】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの態様を示す図面である。

【図2B】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの態様を示す図面である。

【図2C】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの態様を示す図面である。

【図2D】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの態様を示す図面である。

【図2E】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの態様を示す図面である。

【図3A】２つ又は２つ以上のワイヤを備える、本発明に係るほかのタイプのプローブを示す図面である。

【図3B】２つ又は２つ以上のワイヤを備える、本発明に係るほかのタイプのプローブを示す図面である。

【図4】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図5】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図6】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図7】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図8】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図9】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図10】本発明に係るプローブを製造する工程を示す図面である。

【図11】本発明の範囲内に使用されることができる電源及び測定回路を示す図面である。

【図12】本発明の温度風速計についての、本発明の測定曲線を示す図面である。

【図13】本発明の温度風速計についての、本発明の測定曲線を示す図面である。

【図14】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの態様を示す図面である。

【図15A】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの別の構造を示す図面である。

【図15B】本発明に係る“Ｘ”状のワイヤを備えるプローブの別の構成を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0054】

図２Ａ乃至図２Ｅ及び図１４は、本発明に係るプローブの一例を示す。

【0055】

これは、一つの特定の構成であり、他の多くの構成が可能である。

【0056】

この例によると、プローブは、好ましくはセラミックで形成された円筒形絶縁体１０内に伸長された２つの金属ピン４、６の尖った端部同士の間に張られたワイヤ２を備える。

【0057】

また、絶縁体１０内に伸長された２つの金属ピン４０、６０の尖った端部同士の間に張られたワイヤ２０を備える。

【0058】

２つのワイヤ２、２０は、それらが互いに平行な異なる２つの平面に配置され、絶縁体１０の軸によって特定された装置の軸に対して垂直であっても、それらの間で角度αを成して配置される（図１４は、装置を正面から見た図である）。それらのワイヤを含むこれらの平行な面は、０．８ｍｍ以下、又は０．２〜１ｍｍ、若しくは０．３〜０．８ｍｍの間隔で離隔される。角度αは９０°であってもよく、そのため、２つのワイヤは、図１４に示される正面図で見られるように互いに直角を成してもよい。これらの構造は、図１４に示されるようなワイヤの相対的な位置によって、“Ｘ”構造として特定される。

【0059】

しかし、本発明はまた、図３Ａ及び図３Ｂに示されるような平行なワイヤを備える装置及び装置の製造を可能にすることに関連する。前述のように、ワイヤは、０．８ｍｍ以下、又は０．２〜１ｍｍ、若しくは０．３〜０．８ｍｍの間隔δで離隔される。

【0060】

通常、このワイヤが配置されている平面間の最大距離、又はワイヤ間の最大距離は、観測された現象の非常に良好な表示が得られるポイント測定値の実現に貢献する。

【0061】

図１５Ａ及び図１５Ｂは、別のＸ構造を示す。この構造でも、以下に述べる図２Ｅに示すように、中央検出領域をそれぞれ有する２つのワイヤ２、２０を備える。ワイヤは、上述したように、プローブ本体に配置された２つのピン４、６、及び４０、６０、によって各々固定されている。この図は、この構造の場合、プローブを側面から見たときに、“Ｘ”形状を見ることができることを示している。他の多くの“Ｘ”構造が可能である。実際の構造は、測定を行う周囲環境下及び条件下に依存する。

【0062】

実施形態にかかわらず、プローブ本体１０は、例えば、直径が２〜４ｍｍであるセラミックシリンダーを備え、その中に、直径が例えば０．２〜０．４ｍｍのステンレススチール針をピン４、６、４０、６０として機能するように設置することができる（図２Ａ及び図２Ｂの事例であるが、図３Ａ及び図３Ｂに示されるような他のケースに適用されることもできる）。

【0063】

ワイヤ２（及び場合によっては別のワイヤ又は本発明によって作成されるプローブに使用される他のワイヤ）は、ピン４、６上に配置される。図２Ｃは、これらのピンの形状の一例、即ち、、ピン４の側面図を示す。参照番号４３は、ワイヤ２の端部が半田付けされるピン４の一部を示す。他のピン６も同じ構造を有する。そのため、各ピンは、ＡＡ´方向に沿った実質的に円筒形の断面を有し、例えば、ピンが円筒形状を有する（図２Ｃ）を有する場合、ＡＡ´軸はピンの回転対称軸である。

【0064】

ワイヤ２も１ｍｍの１００分の１オーダーの非常に正確なアライメントを有する。（図１を参照して前述したような）公知のプローブの構造とは異なり、ワイヤ２の直線部はピン４、６上に位置する。湾曲は、装置の精度と再現性を低下させるため、図１の事例のように“Ｕ”字状にワイヤを湾曲させる必要はない。

【0065】

錫−鉛合金タイプの半田がピン４、６上にワイヤ２を半田付けするために使用されてもよい。

【0066】

ピンの突出長Ｌは、構造によるが、約１５ｍｍであってもよい。図２Ａ及び図２Ｂにおける“Ｘ”状の構造では、プローブの前面に最も近いワイヤの後ろのワイヤ用のピンの突出長の長さが短く、言い換えると、図２Ｂにおけるワイヤ２用のピンの突出長よりもワイヤ２０用のピンの突出長のほうが短い。

【0067】

一つのワイヤを支持するための２つのピンの端部を離隔する距離Ｄは、境界層流速が１２ｍ／ｓ前後になるように、約５ｍｍ以上であってもよく、好ましくは５〜８ｍｍである。一方、高いせん断状況、例えば、ジェット境界では、良好な動作は、ピン間の間隔が４ｍｍを超えていないときにだけ得られる。間隔が４ｍｍを超えると、（以下に述べる構造である）ワイヤ２の銀シース（silver sheath）の不十分な剛性により、せん断励振（shear excitation）がワイヤの規模で大きな振幅振動を誘発し、ワイヤを破壊することがある。操作中におけるワイヤの活性部分の破壊のリスクを低減するために、プローブ本体は、活性部分が非常に脆いワイヤ２に伝播する可能性がある波又は振動を吸収するエラストマーチューブ１２で覆われる。

【0068】

ワイヤ２（又は２０、或いは本発明により製造されるプローブに使用される他のあらゆるワイヤ）は、図２Dに示すように、好ましくは、５０〜８０μｍの直径を有する銀シースで覆われて、白金又は白金−ロジウム合金で構成された中央部２１を備えるワイヤである。

【0069】

中央部２１の直径は非常に小さく、０．６３５μｍ以下、又は０．６μｍ、例えば、０．３５μｍ又は０．５μｍである。使用するワイヤは、好ましくは、白金−ロジウム（白金−１０％ロジウム）合金で構成される“ウォラストンタイプのワイヤ”である。リスクなしに直接この直径のワイヤを扱うことは不可能である。３０〜５０μｍ径の銀シースでワイヤを囲む（図２D）ことにより、この扱いが可能である。

【0070】

そのようなワイヤは、図２Eに示すように、銀シースを局所的に剥離することによって測定領域１４を定めることができるため、公知のデバイスを使用した場合よりも良好なポイント測定値を提供する。その結果、アクティブ長１は０．４ｍｍ〜０．５ｍｍとなる。アクティブ長がこれよりも短いと、測定領域１４の境界での銀シースの端部２２´、２２´´によるエッジ効果が高くなりすぎるため、測定の精度が低くなる。この態様は、活性部１４及び銀シース２２を明確に見ることができる図２Eに示されている。

【0071】

この活性部の幅（０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ）はピン４、６の端部間の間隔Ｅ（少なくとも５ｍｍ）に比べて小さいため、活性部１４は図２Ａでは視認されない。

【0072】

ワイヤのアクティブ長とその直径のｌ／ｄ比は、約６００〜１５００である。測定結果が集中する特性（concentrated nature）は、この範囲よりも高い値で消える：即ち、記述のフィルタリング又は平均化された測定効果はその後現れる。前記の比が６００〜１５００の間（６００≦ｌ／ｄ≦１５００）であれば、２次元的に仮定でき、そのため活性領域での非常に平坦な温度プロファイルが満足される。末端効果は、前記比が６００未満である場合に現れ、ワイヤに沿った温度プロファイルはもはや“ゲート”プロファイル（分布）（言い換えると、ワイヤに沿って定温であること）として考慮されず、このプロファイルはむしろ放物線タイプのプロファイルに近い。特に、このような状況は、ワイヤの感度の損失とＳ／Ｎ比の低下をもたらす。物理的に、これは、小さな振幅現象を捕らえることが不可能であることを意味する。

【0073】

ワイヤ２は、これらのピン上に銀シースを半田付けすることにより、ピン４、６に接続される。

【0074】

【0075】

本発明は、シングルワイヤプローブ及び図３Ａ及び図３Ｂに示すような平行マルチワイヤプローブに関する。

【0076】

本発明の別の目的は、ダブルプローブ、例えば、図３Ａの側面図に示されるように、互いに平行なホットワイヤ２とコールドワイヤ２´とを０．３ｍｍ間隔程度（通常、０．２〜１ｍｍの間）を空けて組み合わせたプローブである（ワイヤを側面から見ているだけであるため、図３Ａ及び図３Ｂにおいては、各ワイヤ２、２´は点として示される）。その他の参照番号は、図２Ａ乃至図２Ｅと同一であり、同一の要素を示す。本実施形態には２対のピンがあり、ペア４、６は既に上述したようにワイヤ２が半田付けされており、別のペア４´、６´（図３Ａではピン４´しか見ることができない）はワイヤ２´が半田付けされている。

【0077】

図３Ｂは、３つの平行なワイヤ２、２´、２´´を使用するトリプルプローブの側面図である。前述のように、参照番号は、図２Ａ乃至図２Ｅと同一であり、同一の要素を示し、ワイヤ間の最大距離は、０．２〜1ｍｍ、好ましくは０．３〜０．８ｍｍである。この実施形態においては３対のピンがあり、既に上述したように、ペア４、６はワイヤ２が半田付けされており、ペア４´、６´（図３Ｂではピン４´しか見ることができない）はワイヤ２´が半田付けされており、ペア４´´、６´´（図３Ｂではピン４´´しか見ることができない）はワイヤ２´´が半田付けされている。このようなトリプルプローブは、好ましくは、中央のホットワイヤ（ワイヤ２´）と流れ方向に関する情報を提供する両側の２つのコールドワイヤ（ワイヤ２、２´´）とで動作する。

【0078】

ダブルプローブ又はｎ個のワイヤを備える通常のプローブにおいて、少なくとも１つのワイヤ又はワイヤの各々は、上述の特性を有し、上述のようなピンの対に固定される。

【0079】

速度及び温度測定は、本発明に従って作製された５つのワイヤプローブで行われた。前記ワイヤの各々は、ｌ／ｄ比が６００〜１５００になるように剥離された領域を有する。このプローブは、各々のペアが“Ｘ”状に配置され、他のペアの平面に対して垂直な平面に含まれている２対のワイヤと、温度測定用の追加のワイヤ（コールドワイヤ）と、から構成される。この構成は、非等温流における速度の３つのコンポーネントの同時測定を可能にする。各ワイヤのｌ／ｄ比が約１０００のときに、２対のワイヤによって定められる体積は約０．４ｍｍ^３である。

【0080】

本発明の係るプローブの製造方法について説明する。これは、単一のワイヤプローブの製造に関連するが、とくに指定がない限り、任意の数のワイヤを備えるプローブの製造に適用することができる。

【0081】

全ての操作は、構成要素のサイズと必要な精度を考慮し、双眼顕微鏡（binocular magnifying glass）下で行われる。この顕微鏡又は他の選択された、若しくは同等な形態の装置は、１００分の１ｍｍの精度で表示することが可能である。

【0082】

第１に、ピン４、６、４０、６０をプローブ本体１０、１２に固定する。これらのピンを位置に配置できるように、プローブ本体に穴をあけるか、溝を形成する。ピンは、それらが同じ長さでプローブ本体から突出するように、テンプレートを使用してプローブ本体に挿入されてもよい。

【0083】

電源ケーブル１９、１９´（図２Ａ）とピン４、６との溶接接続（これらの接続手段は、ワイヤ２に流れる電流の供給に使用される）は、本体１０の溝又は穴に位置してもよく、外側に位置してもよい。この接続は、この準備工程の間に半田付けされる。これらの接続部及びケーブル、又は他の接続部及びケーブルは、他のピンに対しても使用されることができる。

【0084】

ピンを設置した後で、セラミックと共存できるコンクリートでピンをコーティングすることにより、支持体中に密封することができる。テストでは、接着剤、例えば、アラルダイト接着剤が、振動の吸収及びプローブの保護に非常に有用な弾力性を維持しながら、このシール機能を完璧に実行できることを示す。

【0085】

ピン４、６、４０、６０を一旦取り付けたプローブ本体１０は、ワイヤ２０の非常に薄い活性部を破損する可能性のある振動を除去するために、エラストマー衝撃吸収シース１２に挿入される。

【0086】

ピン４、６は、後にワイヤが半田付けできるよう最適な濡れ性を達成するために、洗浄される。別の酸化物を除去し、半田が接着できる支持体を作成するために、半田ごてを使用してステンレススチールシート上に配置された半田ペースト（Castolin 157Aを参照）を使用してピンの端部は錫めっきされる。その後、ピンはアセトンで洗浄される。

【0087】

図４は、プローブワイヤ２を受ける準備ができたピン４、６を備えるプローブ本体１０、１２を示す。プローブの本体は、極めて正確なほとんど１００分の１ミリメートル程度の移動が２次元又は３次元に沿って行えるように、図示されないマイクロメータテーブル装置に取り付けられる。

【0088】

ワイヤ２自体は、通常、コイル形状の巻線始めの部分で作られている。

【0089】

そのため、最初の工程は、コイル上に巻かれたワイヤの形状記憶を除去するためのワイヤの伸長工程である。中心コア径が０．５μｍ未満、例えば、０．３５μｍのワイヤについては、作業面（working surface）上で転がすことによるワイヤの伸長工程の際、ワイヤの中心コアが破損するリスクがある。

【0090】

適切な伸長工程は、ワイヤ上の機械的な軸力によって生じる張力を利用している。実際には、ワイヤの２つの端部が２つのパッド４９、５１に取り付けられたシステム上に半田付けされ、図５に示すように、２次元Ｘ、Ｙ移動マイクロメータテーブル６９のプレートにパッドの一方が取り付けられているため、パッドの他方（パッド４９）は自由に移動する。このテーブルは、２次元の各々に沿って、非常に正確なほとんど１００分の１ミリメートル程度の移動を行こと可能である。

【0091】

伸長工程が最適化できるように、パッド４９、５１の２つの先端が最初に同一平面にあることが好ましい。

【0092】

ワイヤをまっすぐにするために使用される機械的な張力は、正確に定量化されていない。しかし、次の方法を用いることができる。

【0093】

移動パッド４９の移動は、マイクロメータテーブルを利用して測定される。ワイヤ張力が、ワイヤ上に位置し、オペレータによって保持される針（例えば、５０ｍｍ長と０．２ｍｍ径）の湾曲を開始すると、移動の原点が決まる（操作は、高倍率での観察下で、例えば、双眼顕微鏡を使用して行われることを念頭に置く）。実験は、移動パッド４９の０．４ｍｍの移動がワイヤの良好な真直度（straightness）及び剛性を増大させるのに十分であることを示す。

【0094】

半田付けされたワイヤをパッド４９、５１から分離した後、ワイヤ２の両端は、ワイヤの直線部のみを残すための残りの工程のために切断される。この工程は、かみそりの刃を用いて行われる。

【0095】

ワイヤの配置について、図６乃至図８を参照して説明する。

【0096】

図７は、２つのアセンブリ８１、８３を備える全体システムを全体的に示す。各々のアセンブリは、３つのマイクロメータテーブル８１´（Ｘに沿った移動用）、８１´´（Ｙに沿った移動用）、８１´´´（Ｚに沿った移動用）及び８３´（Ｘに沿った移動用）、８３´´（Ｙに沿った移動用）、８３´´´（Ｚに沿った移動用）を備える。各テーブルは、非常に正確なほとんど１００分の１ミリメートル程度の移動を行うことが可能である。

【0097】

Ｌ字状の梁６１、６３がこれら２つのアセンブリ８１、８３の各々に固定される（図６及び図７参照））。“Ｌ”字状の梁６１の最大の部分は、図８におけるＸ軸及びＺ軸のそれぞれから約４５°の方向に沿って、“Ｌ”字状の梁６３の最大の部分と実質的に同じ方向に沿って配置される（２つの梁の前面を示す図９を参照）。図９は、前面における２つの梁６１、６３の位置を示す。

【0098】

ワイヤ２の各両端は、これら２つの梁６１、６３を備えるこのシステム上に配置される。より具体的には、ワイヤ2の各端部は、研磨加工され、対応する梁の表面と接触して配置される。

【0099】

直交するＸ軸及びＺ軸についての２つの梁（“Ｘ”状プローブ用）の両端間のオフセット距離ｄ、ｄ´（図９）は、ワイヤが固定されるプローブのピン４、６間の間隔に特に依存する。

【0100】

これら２つの梁６１、６３は、最初は同一平面上に配置される。

【0101】

以下の手順は、２つの梁が同一平面上にあることを確認するために使用することができる。

【0102】

事前に伸長したワイヤを２つの梁をまたいで配置する。２つの梁は、ワイヤが各梁の面６１´、６３´上に均一に接触したときに、同じ高さにあると見なされる。マイクロメータテーブルの“Ｙ”（垂直軸）移動を変化させて、この状態を得る。

【0103】

次に、プローブワイヤは、図７に示すように、接着剤やセメントタイプの材料、例えば、耐火セメント（デグサ社（Degussa）製）の滴下７１、７３を用いて各梁上に固定される。

【0104】

ワイヤと各々の滴との間の接触させることは、表面張力現象によりワイヤの小さな移動を引き起こし、その工程は極めてデリケートである。この移動現象は、すでに配置された第１滴によって支持された第１固定部に対してワイヤの湾曲を引き起こすため、第２のセメント滴を配置するときに問題となる。この湾曲は、最後のワイヤ剥離段階でワイヤの中心コアの破損を引き起こすには十分である。そのため、この移動現象は、第１滴７１が配置される梁６１の端部に配置されたチップ６７を使用してワイヤ２をブロックすることによって中和される。

【0105】

小さな半田は、ワイヤ２と各保持ピンとが将来的に接合される各場所に、針の先端を使って配置することができる。この半田は、低融点を得るために、異なる要素を組み合わせて（錫６２％：鉛３６％：銀２％）作られた１５μｍ径のマイクロボールで構成されることが好ましい。

【0106】

ワイヤ配置工程が終了すると、測定に使用されるワイヤの中央部１４は剥離されることができる（活性部１４、図２E）。

【0107】

剥離は、化学的又は電気化学エッチングによる銀シース２２の局所溶解によって行われる。

【0108】

このシースは、硝酸でエッチングされる。これは、２つの技術、即ち、噴射技法及び滴下技法（jet and drop techniques）を用いて行うことができる。噴射技法では、ミリメートルの酸噴射（millimetric acid jet）がワイヤに噴霧される。一方、滴下技法では、酸の液滴が形成され、徐々にワイヤに接触させる。ワイヤに圧力がかかるため、噴射技法は断念されており、静的な滴との接触は、小径ワイヤが低い機械的強度である理由でより好適である。

【0109】

剥離される長さｌがホットワイヤとして使用されたときにワイヤ上で可能な限り或いは最も均一な温度プロファイルを形成するように要求される場合、２５０以上のｌ／ｄ比で活性部の両端部での伝導が（所定の材料及び所定の冷線長さについての）測定に与える影響を制限することが分かっているので、剥離される長さｌは、ワイヤ径ｄの関数として決定される。ワイヤの抵抗は、剥離長の目安を得るために以下の関係式を用いて測定されることができる。

【数1】

ここで、ρは材料、ここでは白金ロジウムの場合の電気抵抗率（ρ＝１．９×１０^−７Ω・ｍ）である。このため、この抵抗は、剥離の間に測定される。

【0110】

径が０．３５及び０．５μｍのワイヤで且つ剥離長ｌが０．４〜０．５ｍｍであるものに対して得られる結果は、近似的には次のとおりである。
０．３５μｍ径については：１１５０＜ｌ／ｄ＜１４００
０．５μｍ径については：８００＜ｌ／ｄ＜１０００

【0111】

剥離のためにここに記載されるシステムは、数百ミリのステンレススチールワイヤ１０１を備える。図１０に示されるように、このワイヤ１０１は、剥離されるワイヤ１０２の近傍で２つの梁６１、６３の間の位置に配置される。このワイヤ１０１の一端は、液滴（drop）１０２を保持するループを形成する。純硝酸で構成されるこの液滴は、シリンジを使用してループ上に配置される。液滴を剥離されるワイヤ２と接触させるために、ループ及び液滴をマイクロマニピュレータを使用して移動させる。

【0112】

銀シース２２を溶解させるために、マイクロ移動テーブルを使用して、前後に移動を行う。一旦液滴が銀で飽和されると、その液滴はワイヤから除去されて、硝酸の別の液滴に置き換えられる。この手順は、白金−ロジウムワイヤ２１が露出し、このワイヤの抵抗が変化を開始するまで継続される。剥離長さは、プローブの抵抗の関数として調整される。一般的に、ワイヤの抵抗は、０．５μｍ径で５００Ω、０．３５μｍ径で1ｋΩであり、これらは、ｌ／ｄがそれぞれ１１００及び１６００に対応する５０〜６０分の１ｍｍの剥離長に対応する。本発明によると、０．５μmのワイヤは、１１００のｌ／ｄ比を与えるために使用される。フィルタリング効果が生じたり、上述したような測定値の平均化が影響するため、上述したように、ｌ／ｄ比が１５００以上のプローブは、局所測定を十分に行うことができない。

【0113】

純粋な酸を用いた剥離が一旦行われると、露出されたワイヤから残留銀の全ての痕跡を除去するように第２の電気化学的な剥離が行われる。ワイヤ上に銀が残っていると、銀は白金−ロジウムの粒界に移動して、その抵抗値を変化させる。それは、元のキャリブレーションへの再調整を不可能にし、正確な測定を行うことができない。

【0114】

そのため、バッテリ、ポテンショメータ及びスイッチを備える単純な電子回路が、（図１０に示すように）液滴を支える金属ループ及びワイヤ２に接続される。次の工程は、前のような剥離のための液滴１０２の形成であるが、ここでは５％の希硝酸で構成する。液滴は、前述の液滴と同じようにワイヤを液滴の中で湿らせるように近づけられる。ワイヤの大きさの程度で高速で強力な脱気を行うために、短時間の間スイッチを作動する。この工程の後、ワイヤ上に残留する酸を除去するために、ワイヤは蒸留水で洗われる。

【0115】

前の方法は、ループの大きさと表面張力によって制約される大きさの液滴を形成することにより利用される。

【0116】

ワイヤの剥離の後、露出部分でワイヤが破損しないように、２つの梁６１、６３のどちらか一方を“Ｘ”軸に沿って１００〜２００分の１ｍｍ移動させて他方に近づけることによって、僅かな湾曲が形成される。

【0117】

２点間（具体的には、ワイヤが２つのピン４、６に固定されている場合、これらのピンの間）に張られたワイヤは、非常に傷つきやすく、小さな振動で容易に破損し、使用するワイヤ２の直径が小さいときに特にそうなる。多くの試みは、厳格なアセンブリに事前対策がとられても、きつく張ったワイヤを備えるプローブが破損する可能性があることを示す。

【0118】

そのため、上述したような僅かな湾曲が製造時にワイヤ２に適用されて、プローブの機械的強度を強める。

【0119】

次に、例えば、プローブ本体１０に軸に実質的に垂直な平面において、ワイヤ２は、数百分の１ｍｍ、例えば、２／１００、又は４／１００ｍｍの僅かな湾曲又は撓みを有する。この湾曲は、風速計の測定値に影響を及ぼさず、機械的なストレス又は振動を吸収できるように、より柔軟性を与える。

【0120】

これら全ての工程が終了すると、ワイヤはプローブのピン４、６、４０、６０上に半田付けされることができる。次に、これらのピンをワイヤに近付ける（図６及び図７プローブ本体１０、１２も位置を参照、図示はしないがマイクロメータテーブル上に実装される）。微細な配置決めは、テーブル８１、８３のセットを使用して行われる。プローブ本体自体は、アセンブリ８１、８３のいずれかのようなテーブルセットに固定される。プローブ本体は、その軸がワイヤが位置する水平面を実質的に通過するようにプローブ本体を近付ける。

【0121】

一旦この工程が終わると、ワイヤ２と第１のピン（例えば、ピン４０）はアセトンで脱脂洗浄される。

【0122】

次の工程は、例えば、ホットエアペンシルを使用して、半田を溶融することである。この段階では、ワイヤ２はピン４に固定され、次の工程はワイヤを第２のピン６に半田付けすることである。前述したようなワイヤに適用された湾曲は、この工程を破損のリスクなしに行うことを可能にする。

【0123】

半田付けが終了すると、数百分の１ｍｍ、例えば、２／１００、又は４／１００ｍｍの僅かな湾曲又は撓みを採用し、保持する。

【0124】

次に、ワイヤ２はかみそりの刃を使用してピンと平行にカットされて、ワイヤサポートアセンブリを取り外すことができ、ワイヤサポートアセンブリ上の残ったワイヤ端を取り除くことができる。

【0125】

この半田付け技術を使用して数個のワイヤを備えるプローブを製造することが困難であることがある。第２のワイヤの半田付けの際に、第１の半田付けされたワイヤとホットエアペンシルからのジェットとの相互作用を全て防げるほど２つのワイヤ間の間隔は、十分ではない。この問題に対する一つの解決法は、第１のワイヤを保護するために、２対のピンの間の空間に熱シールドを設置することである。

【0126】

別の技術は、周囲環境を熱汚染しないという利点がある、レーザビームによる非常に局所的な出力を使用する。使用するレーザは、パルスモードで最大出力３０WのＹＡＧタイプのものである。パルス周波数及び継続期間は調整可能である。レーザに取り付けられたカメラを使用して、ピンの端部にある半田付けポイントにビームの焦点を合わせ、レーザは、半田を溶かしてワイヤをピンに固定するために照射される。この技術では、プローブの小型化の度合い及びそれに含まれるワイヤの数にかかわらず、半田付け工程を行うことができる。

【0127】

次に、プローブの最後のアニーリングが行われる。プローブの抵抗の関数として計算された電流をワイヤ２に流す。このため、ワイヤは、それが動作する温度よりもはるかに高い温度に加熱される。ワイヤと周囲の空気の温度差は、以下の関係式によって与えられる。

【数2】

ここで、Ｒ_０は周囲の空気の温度でのプローブの抵抗値であり、αは温度に対する抵抗値の変動係数（白金１０％ロジウムに対して１．６×１０^−３Ｋ）であり、Ｒ_ｆｉｌはオームの法則によって与えられ、温度Ｔ+ΔＴに加熱されるワイヤの抵抗値である。

【0128】

この工程は、白金ロジウムワイヤの結晶構造におけいかなる銀の痕跡も最終的に拡散させる。剥離が正確に行われれば、残留銀の量は極めて少なくなり、１日後に安定化し、その抵抗値はもはや変化しない。

【0129】

プローブの構成によっては、いくつものワイヤがある場合、次のワイヤの前に１つのワイヤを取り付けることが都合がよいかもしれない。

【0130】

実験では、ワイヤ径が０．６２５μｍを下回ると、プローブの扱いがすぐに非常に困難になることを示す。具体的には、本発明に係るプローブが風洞に置かれる場合、振動が生じ、それらはピンを通してワイヤまで伝播する波を生成するのに十分であるため、センサの抵抗値のために重大である。その機械的強度が低いため、活性部における湾曲の存在は、ワイヤの破損を引き起こす可能性があるこれら振動を減衰させるのに常に十分であるわけではない。例えば、それがネジでそのサポート上に固定されている場合、ほとんどの振動がプローブ本体を介してピンの端部に伝播されることが観察されている。

【0131】

ワイヤを保護するための最善の解決法は、ピンが固定されたセラミックプローブ本体を非常に柔らかい衝撃吸収シース１２（約２５ショアＡ）に一旦取り付けること、を含む。

【0132】

本発明に係るプローブは、電源手段、及びワイヤの電気抵抗値の変化を測定する手段と共に使用される。これら変動は、プローブが浸漬された流体の流れで運ばれる流体の速度変動及び／又は温度変動を示す。

【0133】

一般に、正確で再現性のある測定を行うために、バッテリ電力供給を使用することが好ましい。したがって、前記のシステムは、（例えば、近傍の装置の始動又は停止によって）電位が変動する可能性がある電気的ネットワークから切り離される。さらに、センサにおいて関係する電流及び／又は電圧は非常に低いので、このようなネットワークの変動がいかに小さくても容易に動揺され得る。

【0134】

さらに、風洞のような据え付けられた装置では、全ての異なる接地点を同じ電位にすることは困難である。その結果、ネットワークの電圧の変動によって生じるこれらの異なる接地点との間にループ電流が流れ、これらの電流も測定を大きく阻害し得る。

【0135】

これの解決法では、それら回路が電子回路用の電圧レギュレータに接続されている場合のように、電源は、変動しない一定のグランド電位を有する全ての回路に利用することができる。

【0136】

回路は、電磁環境両立性（ＥＭＣ）を達成するために、バッテリのグランドに接続されたグランドプレーンを形成する筺体、例えば、銅の筐体内に配置されることが好ましい。プローブ接続ワイヤを囲むブレード（braid）もこのグランドプレーンに接続される。このように、電磁界に対する全てのそのような保護材料は、固定電位に接続される。

【0137】

上述した解決法は、第１に、影響を受けない電源の入手、第２に、電磁環境両立性のために全ての動作タイプの風速計に適用可能である。

【0138】

一つの具体的な動作は、いわゆる「コールドワイヤ(冷線)」動作である。これは、定電圧動作モードであり、非常に小さな電流がワイヤに入力される。

【0139】

コールドワイヤ式風速計は既に公知である。

【0140】

これら公知の装置は、流体の流れの速度が変動する場合、ワイヤ内の定電流の強さＩ_ｗを維持するために、ワイヤに対して直列に配置された高抵抗Ｒを備える。ワイヤは、その抵抗値Ｒ_ｗを正確に測定するためにホイートストンブリッジに組み込まれ、出力信号はブリッジの頂点で収集される。

【0141】

定電流風速計には利点がある。温度変化を観察する際に非常に便利なあらゆる方法が、温度を上げる（過熱）ために使用されることができる。ワイヤ用の固定抵抗を置き換えて、その後に測定に必要な補正を行うことによって、バックグラウンドノイズもまた測定することができる。一方、出力信号は大幅に増幅される。この測定原理の通過帯域は、ワイヤの熱慣性によって設定される。

【0142】

この動作タイプでは、ワイヤに電力を供給する電流は、ワイヤの温度上昇を最小限に抑えるために、ほぼゼロまで低減される。ワイヤは、（それが加熱されない限り）対流によって冷却されず、以下の関係式によるその抵抗値Ｒ_ｗｉｒｅを介して周囲の媒質の温度Ｔに対してのみ高感度となる。

【数3】

ここで、Ｒ_０は基準温度でのプローブの抵抗値であり、αは温度に対する抵抗値の変動係数である。

【0143】

この動作タイプでは温度差が小さく、ワイヤに入力される電流は非常に小さい。それは、その抵抗の値を決定するために、ワイヤの端子で電圧を測定するためだけに使用される。通常は、ほぼ５０〜２００μＡ程度である。このため、ジュール効果によるワイヤの加熱は無視することができる。これがこの風速計がコールドワイヤ式風速計と呼ばれている理由である。

【0144】

この動作タイプで生じる1つの問題点は、測定温度ドリフト（measured temperature drifts）であり、このため、平均的な温度測定を得るために、プローブは熱電対と共に使用する必要がある。

【0145】

本発明はこの問題の解決法を提案する。

【0146】

図１１は、定電流風速計に関連付けられる電気的手段を示し、ワイヤは参照番号２として示される。この回路は、
前述したように好ましくはバッテリである電源手段１１０と、
基準抵抗１１２と、
電流を調整するためのポテンショメータ１１４と、を備える。

【0147】

より正確には、バッテリ１１０によって表される回路電源Ｖｅは、電圧レギュレータ（ＭＡＸ６３２５）を介して供給される。２つの抵抗２、１１２は、カレントミラー状に組み込まれる。これら２つの抵抗のうちの１つをそれぞれ含む前記ミラーの２つのブランチを流れる電流は、ポテンショメータ１１４を介してダイオードとして実装される調整トランジスタ１１６の電圧Ｖｂｅによって調整される。プローブ２と基準抵抗１１２との間の電位差は、計装用オペアンプ１２０に印加される。振幅利得からの出力は、ワイヤ２の抵抗値の変動を反映した測定信号を提供する。

【0148】

低振幅の情報を読み取れるように、信号はプローブ２の端子で増幅される。収集カード（acquisition cards）の電圧制限を考慮すると、非常に大きな増幅は好ましくはない（試みは、収集カードの電圧分解能を考慮するための試みである）。風速計プローブ２は高抵抗を有しており、増幅後、風速計の出力変動は収集カードの使用範囲を超える可能性がある。これは、温度計の出力信号をゼロ近傍に集中させることを決定される理由であり、測定範囲を最大限に活用することができ、増幅率をこのように適宜調整することが可能である。これは、基準抵抗１１２の端子における信号からプローブ２の端子における信号の値を差し引くことによって行われる。

【0149】

カレントミラー回路は、基準抵抗を流れる安定的な信号と、プローブ２を流れる安定的な電流を供給する。

【0150】

そのような装置は、風洞での一連の試験のために使用され、プローブはコールドワイヤ式のシングルワイヤプローブである。

【0151】

次に、平均温度測定において、測定条件及び装置に使用された白金の基準プローブ１１２に矛盾する異常なドリフトが観察された。このドリフトを生じさせることが可能な唯一の源は、電子回路であることがわかった。構成要素は周囲の環境の温度に敏感であり、校正室内及び風洞内における周囲の温度の違いは、観察された差異を容易に説明することができる。

【0152】

最初に、基準抵抗１１２が、温度に対する変動係数が非常に小さく（０．６ｐｐｍ／℃）無視できるほどの金属抵抗に置き換えられた。

【0153】

関係している異なる電圧の記録は、電子回路を監視されている温度の乾燥器に入れることによって行われた。このように、電子電圧レギュレータからの出力電圧が温度に対して変動しない（５μV℃^−１ドリフト）ことを検証することが可能である。基準抵抗の両端とプローブ（６７０Ωの抵抗値）をシミュレートするために備えられた第２の抵抗の両端での２つの電圧において、完全に調整されたドリフトは２５０μＶ℃^−１であった。したがって、このことは、カレントミラーの２つのブランチにおいて、電流が同時に全く同じように変動したことを示す。

【0154】

次の工程は、この電流を固定する電圧値Ｖｂｅを検討することであった。同一の条件でなされた記録は、２．４ｍＶ℃^−１に等しいこの電圧のドリフトを示す。このドリフトは、この電圧に影響されるトランジスタ１１６がダイオードに実装されているという事実に起因するものであり、ダイオードの両端で通常観察される電圧ドリフトは約２．５ｍＶ℃^−１であり、これは我々の記録と完全に一致する。

【0155】

温度計の構成要素は、（プローブ、電源及び測定手段）は、このドリフトを防ぐために、一定温度に保たれている。例えば、風速計筐体に配置された加熱マットの電源は、電子的に制御されている。

【0156】

したがって、温度計の電気回路は、それが配置される室温よりも高い温度に保たれている。回路で保たれているこの温度は、プラスマイナス１０分の1℃に制御されている。したがって、風速計を構成する構成要素は安定的に保たれるだけではなく、再現性のある状態で動作する。

【0157】

風速計システムの単一の校正が一旦行われると、この装置は、流れにおける温度変動の測定だけでなく、過去には不可能であった、流れの平均気温の測定に使用することができる。度量衡と測定のために特別な注意が払われる公知の装置の場合（これは、特に、でアンドレオポーラス（Andreopoulos）によって報告された「直交流における噴射の実験報告」（流体力学ジャーナル１９８３）における噴射からの出力部における温度測定の事例である）であっても、平均値がサーミスタ又は熱電対のような別の手段で提供される一方、温度変動はコールドワイヤによって測定される。

【0158】

この部分で説明された回路は、複数のワイヤを備えるプローブに適用可能である。多くの回路が必要に応じて作られる。

【0159】

校正と使用の一例について説明する。

【0160】

校正は、風洞で行われる。空気は先ず加熱ボックスに入り、次に水交換器を通過し、この電源及び速度は、室温と約１５０℃の間の所望の温度を得るために、独立的に制御される。

【0161】

コールドワイヤ式プローブ２は、空気噴射ノズルからの出力の中央で（熱保護リングで覆われた）校正ストリームに配置される。筐体温度は、電子測定ボックス（SFERE社のDGN75T）に組み込まれた白金１００％の基準プローブによって１０分の１の温度の精度で提供される。

【0162】

加熱ボックス及び水交換器の動作ポイントは、各校正ポイントに対して選択される。次の工程は、熱平衡が空気と風洞壁との間に設定できるようにすることであり、数時間（通常は４時間）かかる。次の工程は、測定の収束を得るために非常に十分である約３０秒間の温度計からの出力電圧を読み出すことである。

【0163】

操作は、温度計の線形依存性のキャリブレーションのための係数を流体温度の関数として得るために５回繰り返される。

【数4】

【0164】

図１２は、典型的なキャリブレーションの一例を示す。この図は、線形回帰が優れた結果を与えることを示している。

【0165】

図１３は、風洞内の温度変動の測定から得られるエネルギースペクトル密度を示すプロット（曲線I）を含む。この測定は、外部エンベロープ（混合層）のジェット下流の３つの水力直径で１０秒、５０ｋHzで、ワイヤ２０の直径が０．５μmであるプローブ２を使用して行われた。フロー条件は、Ｒｅ＝５５０００とＲｅｊｅｔ＝６００００（パイプの水力直径に基く）であった。フロー間の温度差は１３℃であった。

【0166】

曲線ＩＩは、ワイヤプローブの代わりに接続された抵抗を備えた温度計の出力電圧信号のエネルギースペクトル密度を表している。したがって、この密度は温度計のノイズを表す。

【0167】

温度計によって取得された最大スケールと温度計ノイズとの間、即ち、この場合、ほぼ３０００程度である最大の検出可能な目盛りと最小の検出可能な目盛りとの間の比率は７０の相違を観察できる。言い換えると、この場合の温度計の分解能は約５×１０^−３℃である。

【0168】

この分解能と大スケール及び小スケール間に大きな振幅のあるスペクトルエネルギー密度で得られた動作は、これまで知られていない。

【0169】

不安定な状況（表面上のホットジェットの影響）で測定が要求される場合、本発明に係るプローブは、補正なしに行う測定に使用される。

【0170】

本発明はまた、温度計を安定に保ち、大幅に感度を向上させるための改良を提供する。これは、本発明に係る小径プローブを共に使用する場合、実際のＳ／Ｎ比が数千（温度計について３５００、定電圧風速計について１００００）となる温度風速計を提供する。

【0171】

本発明では、平均温度の測定のために、熱電対を使用することなくコールドワイヤ式風速計を使用することができる。提案された制御回路はドリフトを補償することが可能であり、熱電対の必要性を排除することができる。

【0172】

ここで提案された制御回路は、図２Ａ乃至図１０を参照して説明したように、本発明に係るプローブ又は別のタイプの風速計プローブに適用することができる。

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図1】

【図13】