热线风速仪测量原理简介
热线风速仪测量原理简介
李敏毅甘妙昌马思龙
广东省计量科学研究所广州５１０４０５
摘要本文简单地阐述了热线风速仪的工作原理。并介绍了其自校准和修正的一些方法。
关键词热线风速仪流速测量
０引言
为了进一步对换热器换热效果进行更深层次的研究，人们对换热器换热表面的气体或液体的流场越来越重视．因为流场对换热器总的换热系数有极其重要的影响，现在场协同原理也已经应用到对流换热的研究中。并逐渐成为一个新的研究方向，而在进行对流换热场协同研究的同时，更需要对流体在换热表面附近的流场分布，只有在准确的测量流体流场的基础之上。才可能通过实验来准确的验证流场与对流换热之间的关系．到目前为止，人们根据光学、力学以及热力学等领域的研究成果开发了很多测量流体流场的测量仪器，比如有早期的比托管和风速计。后来的热线热膜风速仪ｍｗｒＡ），以及近期出现的激光流速计（ＬＤＶ）等等．比托管的结构简单，使用方便，坚实可靠，价格低廉，但是其测速的范围比较窄，一般用来测量旺盛湍流的平均流速。所以测量的速度一般比较高．而且其仅能测量二维流场，不能敏感反向流动，不能测量湍流流动的流场分布．热线风速仪能够实现连续测量，信噪比好，而且能够分离和测量三维流场，测量的范圈比较大．而且能够非常准确地测量微风速。其灵敏度非常高．鉴于热线风速仪的这些优点，现在被广泛地应用与各种埙域．比如测量模拟风洞的速度场，换热管肋片周围的速度场。内燃机的流动特性等．
１热线风速仪的基本工作原理
１．１基本原理
热线测速技术是一种非常重要的测量流体速度与方向的技术，已经有近一百年的历史，它为流体速度的测量作出了巨大的贡献．并且在２０世纪∞年代以后几乎垄断了溜流脉动测速领域．按照热线热平衡原理可以将热线分为恒流风速计和恒温风速计．由于恒温风速计热滞后效应报小，频率响应很宽，反应快速，而恒流风速计则不具备上述特点，因此，恒温风速计的出现成为热线技术进一步发展的重要标志．热线风速仪嚣测量速度的基本熏理是热平衡原理。利用放置在流场中的具有加热电流的细金属丝来测量流场中的流速，风速的变化会使金属丝的沮度产生变化，从而产生电信号而获得风速。
根据热平衡原理，当热线置于介质（流场）中井通以电流时．热线中产生的热量应与之耗散的热量相等．换言之．在热线没有其他形式的热交换条件下，加热电流在热线中产生的热量应等于热线与周围介质的热交换．根据ｒａｎｇ公式，我们可以近似的得到换热表面的努谢尔数与霄诺数之间的关系，也就是说，只要知道换热系数，就可以得到通过热线处流速的大小和方向．
上一Ｓ
Ｋｉｎｇ公式可以表示为：
Ｎｕ＝Ａ＋ＢＲｃｏ５（１）
其中，Ｍ＝竺≠——努谢尔数
＾
Ｒｅ：竺兰——雷诺数
口——对流换热系数，Ｗ／（Ｋ?ｍ２）
三——定性尺寸，ＩＴＩ
Ａ，Ｂ——为常数，根据不同的热线而定
由热平衡原理，在不考虑热辐射的前提下，热线的热耗散应该等于电流流过热线所产生的热量。热耗散可用下式得出：
Ｑ耗敞＝硝帆一弓）
其中，口——热线的对流换热系数，Ｗ／ｇＯ．?ｍ２）
Ｆ——热线表面换热面积，ｍ２
瓦——热线表面温度，℃
弓——主流温度，℃
电流流过热线产生的热量为：
Ｑｋ＝，和。
其中，，。——电流，Ａ
Ｒ。——电阻，０
（２）（３）
于是可以得出：
，：Ｒ。．＝亦（Ｔ。一０）（４）
１．２热线风速仪静态响应
只要测量出热线的对流换热系数，那么就可以根据其基本原理来计算测量点的风速．如果流场是稳定的，那么利用热线风速仪测得就是静态数据，即成为热线风速仪静态响应．对于静态响应，
其流场不随时间的变化而变化，同样温度场也不随时间变化而变化．这样就可以根据Ｋｉｎｇ公式得到：取。叫ｈ：（?＋再?ｑ
式中，０——流体的导热系数?Ｗ／（ｍ。℃）
０?占
（５）
ｐ——流体的密度。ｋｇ，ｍ３
ｃ。——定压比热，ｋＪ／（ｋｇ‘℃）
ｄ——热线直径，ｍ
Ｄ——流速，ｍ／ｓ
，———热线的长度，ｍ当—Ｐｆ＿ｃ—ｏｏｄ＞０．０８时式（５）可表示为＾’
Ｅ兰丛＆；彳＋Ｂ石
一Ｒ。一Ｒ，……或：ｕ＝［．口／ＲｆＲ．２１２式中，Ｒ，——为对流换热热阻，ｍ２?Ｋ／ｗ（６）（７）
如果保持热线的温度不变，那么通过热线的电流就随通过热线处的速度场的变化而变化，通过分析电流的变化就可以准确地分析速度场的变化．
１．３热线风速仪动态响应
在很多的生产过程中要求我们对某流场要进行连续的测量，要反映出流场的瞬时值，以便对换热过程有更深的认识．这就要求我们能够进行动态测量，实时地反映出流场随时间的变化过程。换热面附近流体的速度场、温度场以及通过热线的电流发生变化都会导致热线热平衡的失衡。于是必定会有某个常数发生变化减缓这种热的不平衡，比如速度场随电流的变化而变化。根据动态响应的工程．我们可以得到
警＝，扭。一ｋ一巧勋＋曰石）ｃ，，式中：Ｅ——絮Ｉ线内能的增量
而热线内能的增量由可表示为
Ｅ＝ｍｃ帆一０）（８）式中，肌——热线的质量，ｋｇ
ｃ——热线的比热容。Ｊ／（ｋｇ．℃）
，——时间．ｓ
于是可得：
上口７
警＝ｍｃ鲁＝，：尺。一ｋ一弓ｎ＋Ｂ卅（９）
２热线风速仪的应用
２．１紊流参数测量
在实际生产中遇到最多的就是紊流情况，而现在人们对紊流的研究还是停留在实验的基础之上，在理论上的研究还不够深入，特别是对紊流流场的分析和计算以及紊流状态下对流换热系数的确定都还不能从理论上得到完全满意的答案，或多或少存在误差．而且很多的计算流场的公式都是在实验的基础之上进行一定的假设和简化，使之在数学上可解。也就是说，目前人们对紊流的研究还不够深入，这其中主要的原因是因为没有办法准确地描述紊流的流场和准确地求解紊流的流场，而且很多关于紊流流场的假设都不能够得到很好的实验验证，因此就要求能够对紊流常数进行一定的测量，以便为理论研究提供可靠的实验数据。对于恒流式热线风速仪有：
瓯匿瓯
瓦：氅瞳．：些一．：些（１０）
毛２可嵋２了峨２可‘１∞式中，占。，ｓ，，占。——分别为三维坐标中三个方向的紊流强度
Ｕ，矿。矽——分别为三个方向流速脉动值的平均值，ｍ／ｓ
“，ｖ，ｗ——分别为三个方向流速的瞬时值，ｍ／ｓ
根据热平衡原理
耻一考雠岛㈨，
而上盥：！丛：訾（１２）ｄＵＡＵ√－２
因此就有
矗一面戒茚¨”
铲～凳笠！：冬（１３）
其中．【，——任何一个方向上的流速平均指．ｍ／ｓ
一——常数
我们可以看到。只要能测得流场中的某点的瞬时流速就可以得到该流场的紊流参数．
２．２雷诺数的测量
很多情况下要求得出流体的霄诺数．因为一般的对流换热都直接与霄诺数有关，对于紊流的雷诺数，一般可以表示为
山８
气，２一ｐｕｖ
式中，“，ｖ——紊流中某点两个不同方向的流速，ｍ／ｓ
如果利用ｘ型探头来测量流场的参数时，可以分析得到
（１４）ｆｗ＝一ｐｕｖ＝－ｐＥ钇，’Ｅ。Ｄ－
（１５）而Ｅ，．ＥＤ∞钇２而
因此，利用热线风速仪可以比较准确地测量紊流的雷诺数。
３热线风速仪的自校准与修正
３．１热线风速仪的自校准
利用热线风速仪可以非常准确地测量流速．特别是对于微风速的情况，可以很准确地测量出其流速，这些都是比托管等其它的测量流速的仪器所不能达到的。这就要求热线的灵敏度要高。空间分辨率要大，同时要能够承受一定的冲击负荷．只有这样，热线风速仪才可以很灵敏地测量出微风速，而且不会对流场有很大的影响．由于热线风速仪一般都比较昂贵，要求的精度也比较高，所以应用起来受到一定的限止，为了保证其灵敏度和准确度，有必要在使用前对热线风速仪进行自校准（标定）。
测非纯净气体时，一般刚焊接好的热线探头较清洁，而在捧气管流场测量中的熟线探头将受到混在捧气中润滑油和水蒸气的污染．为了使标定前热线探头的工作特性尽量和实测状态的工作特性一致．将焊接好的热线探头置于实测的捧气流场中，经试验约４小时之后．热线探头的特性可基本稳定，经以上预处理之后再进行标定可提高热线风速仪的准确度．
热线风速仪的自校准也是根据ｋｉｎｇ公式的原理：
Ｅ２＝４－Ｉ－Ｂｕ。（１６）利用标准风洞。标准测速装置等浏速设备求出３种稳态流动时的Ｅ（Ｅｏ、ＥＩ、Ｅ２）和蚝、“２?然后根据式（１７）求出Ｈ值。
：．１ｎＥＥｌ７２－．ＥＥｏｉ２Ｅ、‘一Ｅ０
ｎ＝———；＿———一
ｌｎ生
“２
３．２热线风速仪使用注意事项
在标定完后使用时，要注意以下问题：
ａ）线倾角的修正；
Ｊｐ９
（１７）
ｂ）固体壁面影响及其修正：
Ｃ１流体温度变化影响；
ｄ）污染影响。
如果热线风速仪受到污染，一定要清洗完才可继续使用，一般清洗的方法有超声波、酒精、化学、加热等。
４．结束语
热线风速仪是一种先进的专门用于流速测量的新仪器，我们可以利用它比较精确地测量和研究复杂的流动，使得研究由实验测得的速度信号（包括～维、二维、三维）成为可能，也方便进行数据处理与分析。
．占，Ｄ
热线风速仪测量原理简介
作者：李敏毅， 甘妙昌， 马思龙
作者单位：广东省计量科学研究所(广州)
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三种风速仪及其原理
三种风速测量仪及其工作原理 1.热式风速仪 将流速信号转变为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。其原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。它有两种工作模式：①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。 热线长度一般在0.5～2毫米范围，直径在1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。热线除普通的单线式外，还可以是组合的双线式或三线式，用以测量各个方向的速度分量。从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，如同时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。热线风速仪[1]与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速（如低达0.3米／秒)等优点。 当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会出现。因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡（棱角，重悬，物等）。 2.叶轮风速仪 风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。风速仪的大口径探头（60mm,100mm）适合于测量中、小流速的紊流（如在管道出口）。风速计的小口径探头更适于测量管道横截面积大于探头横截面积100倍以上的气流。 3.皮托管风速仪 18世纪为法国物理学家H.皮托发明。最简单的皮托管有一根端部带有小孔的金属细管为导压管，正对流束方向测出流体的总压力；另在金属细管前面附近的主管道壁上再引出一根导压管，测得静压力。差压计与两导压管相连，测出的压力即为动压力。根据伯努利定理，动压力与流速的平方成正比。因此用皮托管可测出流体的流速。在结构上进行改进后即成为组合式皮托管，即皮托-静压管。它是一根弯成直角的双层管。外套管与内套管之间封口，在外套管周围有若干小孔。测量时，将此套管插入被测管道中间。内套管的管口正对流束方向，外套管周围小孔的孔口恰与流束方向垂直，这时测出内外套管的压差即可计算出流体在该点的流速。皮托管常用以测量管道和风洞中流体的速度，也可测量河流速度。如果按规定
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风速计（TIF3220）操作手册 一、用途： 1、测量空调出风口的风速/风量 用风扇测量。 2、测量风扇处的温度 用温度传感器（在风扇内部）测量 3、测量物体表面温度 用红外线测量
二、外观识别 三、键盘说明 电源键：开机/关机。 红外线键（IRT键）：启用红外线温度测试功能。 上部极限值键（上部MAX/MIN键）：记录、储存测量点（风扇）温度最高值、最低值。下部极限值键（下部MAX/MIN键）：记录、储存风速或流量值的最高值、最低值、持续移动平均值。在面积（AREA）模式下，该键具有左翻页功能。 模式选择键（UNITS键）：选择操作模式。在流量（FLOW）模式下，仪器显示出风流量。 在速度（VEL）模式下，仪器显示风速。在面积（AREA）模式下，该键具有上翻页功能。 平均值键（A VG键）：在流量模式或风速模式下，获得各测量点的平均值。 面积键（AREA键）：按下将保持该键，进入AREA模式或CMM模式。当记录MAX/MIN/A VG 值时，按该键清除以前的数值。 保持键（HOLD键）：按下该键，冻结数据；再按一下该键，解冻数据。按住该键，背景灯点亮。
四、操作方法 1、测量风速和流量 （1）按电源键，开机（接通电源时满屏显示）。 （2）在显示屏的中部，显示上次使用的风速模式或流量模式。温度值显示在显示屏的左上角部位。 （3）按UNITS键，选择风速模式（VEL）或流量模式（FLOW），以及单位。 建议选择：模式为VEL，单位为m/s。 （4）将风扇放在空调出风口处，读取数值。 2、持续移动状态下的平均值 （1）将风扇置于空调出风口处。 （2）点按下部MAX/MIN键，直到A VG显示在显示屏的下部。仪器显示持续出风的平均值。 3、单个部位的最大值/最小值/平均值 （1）将风扇置于空调出风口处。 （2）点按下部MAX/MIN键，直到A VG显示在显示屏的下部。仪器显示持续出风的平均值。 （3）在移动风扇之前按HOLD键，仪器将记录和储存数值。 （4）清除最大值/最小值/平均值。按住下部MAX/MIN键，直到仪器响两声，放开下部MAX/MIN键。 5、面积设置
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2）风向测量精度：误差不大于±1/2方位 3）风向传感器启动风速：不大于1.0米/秒 4）风向定北：自动 3. 环境要求 1）工作环境温度：0～45°C 2）工作环境湿度：≤90%RH （无凝结） 4. 供电电源： 1）电源电压：4.5V 5#干电池3节 2）平均耗电流量: ≤5mA(电源为4.5V) 5.尺寸用重量： 1）外形尺寸：400×100×100mm 2）重量：0.5Kg 三. 工作原理：
测量风速的方法
测量风速的方法 20091343107 陈茜茜 环境工程09级1班
高空风观测 测量近地面直至30公里高空的风向风速。通常将飞升气球作为随气流移动的质点，用地面设备（经纬仪或雷达）跟踪气球的飞升轨迹，读取其时间间隔的仰角、方位角、斜距，确定其空间位置的坐标值，可求出气球所经过高度上的平均风向风速。 高空风的测量一般指从地面到空中30km各高度上的风向、风速的测定。其测量方法有：一．利用示踪物随气球漂浮，观测示踪物位移来确定空中的风向和风速； 常用测风气球作为气流示踪物，使用地点跟踪设备观测其运动轨迹，测定其在空间各个时刻的位置，再用图解法、解析法或矢量法确定相应大气层中的平均风向、风速。 气球空间位置的确定需要测定三个参数：仰角δ、方位角α和球高H。测风经纬仪是一种跟踪观测和测定空中测风气球仰角、方位角的光学仪器。 在实际测量中，可以采用单经纬仪测风，也可采用双经纬仪测风（基线测风法）。其中后者准确度较高，可用来鉴定其它测风方法的准确性，但这种方法的观测和计算较复杂。用双经纬仪测风计算高度时，可采用投影法（包括水平面投影法、铅直面投影法和矢量投影法）。 二．利用大气中的质点或湍流团块与无线电波、声波、光波的相互作用，由多普勒效应引起的频率变化推算空中的风向、风速； 在我国，目前主要采用59型探空仪和701型二次测风雷达组成59—701高空探测系统，进行高空温、压、湿、风的综合测量。 三．利用系留气球、风筝、飞机、气象塔等观测平台，使测风仪器安置在不同高度上，根据气流对测风仪器的动力作用来测量空中的风向、风速。
导航测风就是借助导航台信号，由气球携带的探空仪自身确定其位置，并将位置信号、气 象资料信号一起发回基站，然后在基站进行处理，计算高空风的方法。 近地面层以上大气风场的探测。通常用气球法测风。高空风探测也是气象飞机探测、气象火箭探测、大气遥感的内容之一。气球法测风是把气球看作随气流移动的质点，用仪器测量气球相对于观测点的角坐标、斜距或高度，确定它的空间位置和轨迹；根据 气球在某时段内位置的变化,就可以简易地算出它的水平位移,从而求出相应大气层中的平均水平风向、风速。在气球的上升过程中，可测得它所经各高度上的风向、风速。1809年英国J.沃利斯和T.福雷斯特首创测风气球观测高空风。气球法测风常用光学经 纬仪、无线电经纬仪、一次雷达和二次雷达，以及导航系统等。 光学经纬仪测风 有单经纬仪测风和双经纬仪测风两种。单经纬仪只能测定气球的角坐标（方位、仰角）。气球高度一是根据气球升速（决定于气球净举力、气球大圆周长和地面空气密度）和升空历经的时间来确定。但由于大气湍流、铅直气流速度和空气密度随高度变化等因 素对气球升速的影响，这种方法确定的高度误差大，测风精度低，一般只在数千米高度 以下使用。二是根据无线电探空仪测得的气压、温度和湿度资料，通过计算推得高度。 这种方法测风精度较高。用双经纬仪测风，是根据位于选定基线两端的两个经纬仪同步 观测获得的角坐标值，通过几何图解或计算，得出各高度上的平均风向、风速。 光学经纬仪测风一般只适用于能见度好的少云晴天，夜间必须在气球上挂灯笼或其 他可见光源，阴雨天气则只能在可见气球的高度内测风。 无线电经纬仪测风 它是利用无线电定向原理，跟踪气球携带的探空发射机信号，测得角坐标数据。气球所在的高度则由无线电探空仪测量的温、压、湿值算出。因此无线电经纬仪测风适用 于全天候，但当气球低于无线电经纬仪最低工作仰角时，测风精度迅速降低。 雷达测风 一次雷达测风是雷达跟踪气球携带的无源反射靶，接收反射靶的反射信号来实现定位并计算风向、风速。二次雷达测风是跟踪气球携带的工作于应答状态的探空发射机信 号来实现定位的。此法可以获取角坐标和斜距数据，从而计算出高空风，无需依赖无线 电探空仪探测的温、压、湿数据计算气球高度。二次雷达测风当气球低于雷达最低工作 仰角时，要放弃仰角数据。此外，气象多普勒雷达更可测量云中流场的细微结构。 导航测风 利用导航系统来测定风。气球携带微型导航接收机，检出导航信号，并调制探空发射机将信号转发到地面而被接收，根据这些信号，可确定气球的轨迹,并计算出各相应
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风速仪选型指南 2009-7-13 14:55:33 风速（流速）测试有平均风速的测试和紊流成分（风的乱流１～150KHz、与变动不同）的测试。热式风速计是测试平均风速的。测试平均风速的方法有热式、超音波式、叶轮式、及皮拖管式等，但在这些方式中，热线式风速计是利用热耗散的原理。下面，对这些风速的测定方法做一下说明。 ? 热式风速计 ?该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化，由此测试风速。不能得出风向的信息。 ?除携带容易方便外，成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用。 ?热式风速计的素子有使用白金线、电热偶、半导体的，但我公司使用白金卷线。白金线的材质在物质上最稳定。因此，长期安定性、以及在温度补偿方面都具有优势。 ?价格带：10～50万円适用范围：0.05～50m/s显示分辨率：0.01m/s占有率：80％ ? 超音波式 ?该方式是测试传送一定距离的超音波时间，因风的影响而使到达时间延迟，由此测试风速。?3次方时，可以知道风向。 ?传感器部较大，在测试部周围，有可能发生紊流，使流动不规则。用途受到限定。 ?普及度低。 ?价格带：200～400万円适用范围：0～10m/s显示分辨率：0.01m/s占有率：10％ ? 叶轮式 ?该方式是应用风车的原理，通过测试叶轮的转数，测试风速。 ?用于气象观测等。 ?原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。?普及度低。 ?价格带：5～20万円适用范围：1～50m/s显示分辨率：0.1m/s市场占有率：10％ ? 皮拖管式 ?在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。 ?原理比较简单，价格便宜，但与流动面必须设置成直角，否则不能进行正确的测试。不适合一般用。 ?不是作为风速计，而是作为高速域的风速校正来使用。 ?价格带：10～20万円适用范围：5～100m/s显示分辨率：0.01m/s占有率：很少 风速和风量的具体检测方法及评定标准 2009-7-15 9:00:13 1、风速和风量的具体检测方法 A、风量、风速检测必须首先进行。各项净化效果都是在设计的风量、风速下获得。 B、检测前检查风机是否运转正常，必须实地测量被测风口、风管的尺寸。 C、对于单向流（层流）洁净室，采用室截面平均风速和洁净积乘积的方法确定风量。
温度和风速测量方法总结
第一章风速测量1.1风速测量 风是空气流动时产生的一种自然现象。空气流动有上下流动和左右流动，上下流动为垂直运动，也叫对流；左右流动为水平运动，也就是风。风是一个矢量，用风向和风速表示。地面风指离地平面10─12米高的风。风向指风吹来的方向，一般用16个方位或360°表示。以360°表示时，由北起按顺时针方向度量。风速指单位时间内空气的水平位移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。 1.2 风杯风速计 风杯风速计是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国鲁宾孙发明，当时是四杯，后来改用三杯。它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。转速可以用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。 图1.1 风杯风速计 1.3 叶轮风速仪 风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。 法国KIKO叶轮风速仪工作原理如图1.2所示。叶轮的轴杆启动内含八个电磁极的原型磁铁，置于磁铁旁的双霍尔传感器感测到侧场中电磁极的转变信号。传感器的信号转换为电子频率且和风速成正比，并感测旋转方向。 图1.2 KIMO原理 1.4 热线风速计 一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化（以便于刻度和读数），即可制成热线风速计。
金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm，长为2 mm；最小的探头直径仅1μm，长为0.2 mm。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度，有时用金属膜代替金属丝，通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜，称为热膜探头。热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在风速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线风速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。 0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。热线风速计用于0至5m/s的精确测量，使用温度约为±70℃。 当在湍流中使用热线风速计时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式风速计。因此，风速仪测量过程应尽量在通道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面应不得有遮挡（棱角，重悬，物等）。 图1.3 热线风速计 1.4.1 恒流式热线风速计 通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速。利用风速探头进行测量。风速探头为一敏感部件。当有一恒定电流通过其加热线圈时，探头内的温度升高并于静止空气中达到一定值。此时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生的基准反电势相互抵消，使输出信号为零，风速仪指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针 变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。 1.4.2 恒温式热线风速计 风速仪热线的温度保持不变，给风速敏感元件电流可调，在不同风速下使处于不同热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不便，即阻值基本恒定，该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。 恒温风速仪则是利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏感元件温度发生变化，电阻也随之变化，从而造成热敏感元件两端电压发生变化，此时反馈电路发挥作用，使流过热敏感元件的电流发生相应的变化，而使系统恢复平衡。
热线风速仪测试系统完善及应用_周春平
162002.№3 热线风速仪测试系统完善及应用 周春平1,梁彬2 (1.哈尔滨哈电实业开发总公司,黑龙江哈尔滨150040; 2.哈尔滨大电机研究所,黑龙江哈尔滨150040) [摘要]本文介绍了热线风速仪测试系统的构成和工作原理,以及在汽轮发电机动态通风模型上的应用。利用 这个风速测量系统,可使我们对发电机内流场有更进一步的认识。 [关键词]热线风速仪;测试系统;风速测量 [中图分类号]TM306[文献标识码]B[文章编号]1000-3983(2002)03-0016-03 Im p lementation and A pp lication of Testin g S y stem for Hot_line Wind S p eedometer ZHOU Chun_ping1,LI ANG B in2 (1.Hadian Develo p ment Cor p oration of Harbin,Harbin150040,China; 2.Harbin Institute of Lar g e Electric Machiner y,Harbin150040,China) Abstract:T his paper introduces the str ucture and working principle of testing system for hot_line wind speedometer,as well as its application on the dynamic ventilation m odel of turbogenerator with this system,we can g et further knowled g e of the flow field inside g enerator. Ke y words:hot_line wind s p eedom eter;testin g s y stem;wind s p eed m easurement 1前言 为了进行电机通风的研究,从丹麦购进了先进的风速测试系统DENTE C高速热线风速仪。由于经费等原因,购买时只购进了该风速测试系统的主机、两个测试通道及标定设备,而控制、数据采集和处理部分的软、硬件均没有购进。当时计划以后根据实际应用要求,在国内配套完善。 为研制汽轮发电机动态通风模型,决定完善热线风速系统并研究把此系统用于通风模型的方法,从而把此系统作为汽轮发电机动态通风模型的测试系统的组成部分。 该项目的完成,不仅可以充分发挥该仪器的作用,而且可以使我们的风速测试手段上一个新台阶。用这套系统进行风速测量,不仅可以测量平均风速,而且还可以测量瞬时风速,并能描述风速场风速变化的动态情况。 该项目的技术难度在于对主机的控制和数据采集的相协调一致。另外,原系统设计时是每个采集通道对应一个热线探头,探头与通道之间的参数是一一对应关系。而此次研究的是用一个通道对应多个探头,这就必须解决当探头切换后,如何使通道的参数与探头相适应。 2热线风速仪测试系统的构成 为适应汽轮发电机动态通风模型的测试要求,本检测系统是在利用DENTEC高速热线风速仪基础上,配置上微机控制、数据采集处理部分和探头位置坐标控制部分构成一套完整的风速参数的检测系统。该系统分为硬件和软件两大部分。 2.1风速测量系统硬件部分 (1)DENTE C高速热线风速仪工作原理 DE NTEC高速热线风速仪的工作原理是利用热电阻传感器的热损失来测量流速。测量时将传感器置于待测流体内,被流体冷却。这种对流损失的热量取决于许多参数,如被测量介质的温度、压力和速度。如果介质的速度发生变化,就可以利用传感器的瞬时热损失来度量流场的瞬时速度。 恒温流速计主要由一个惠斯通电桥和一个伺服放大器组成(见图1)。当电桥平衡时,伺服放大器的两个输入端没有电压差。作用在探测器上的流速发生变化时,就会影响传感器的温度,使它升温或降温。由此造成的电阻变化,可使伺服放大器的两个输入端产生电压差。伺服放大器的输出电压按一定的相位关系加到 热线风速仪测试系统完善及应用
温度和风速测量方法总结
第一章风速测量 1.1风速测量 风是空气流动时产生的一种自然现象。空气流动有上下流动和左右流动，上下流动为垂直运动，也叫对流；左右流动为水平运动，也就是风。风是一个矢量，用风向和风速表示。地面风指离地平面10─12米高的风。风向指风吹来的方向，一般用16个方位或360°表示。以360°表示时，由北起按顺时针方向度量。风速指单位时间内空气的水平位移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。 1.2 风杯风速计 风杯风速计是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国鲁宾孙发明，当时是四杯，后来改用三杯。它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。转速可以用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。 图1.1 风杯风速计
1.3 叶轮风速仪 风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。 法国KIKO叶轮风速仪工作原理如图1.2所示。叶轮的轴杆启动内含八个电磁极的原型磁铁，置于磁铁旁的双霍尔传感器感测到侧场中电磁极的转变信号。传感器的信号转换为电子频率且和风速成正比，并感测旋转方向。 图1.2 KIMO原理 1.4 热线风速计 一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化（以便于刻度和读数），即可制成热线风速计。 金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm，长为2 mm；最小的探头直径仅1μm，长为0.2 mm。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度，有时用金属膜代替金属丝，通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜，称为热膜探头。热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在风速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线风速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。 0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：
风速仪
风速的测试方法 风速测试有平均风速的测试和紊流成分（风的乱流1～150KHz、与变动不同）的测试。测试平均风速的方法有热式、超音波式、叶轮式、及皮拖管式等，下面对这些风速的测定方法做一下说明。 1.热式风速测试方法 该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化，由此测试风速。不能得出风向的信息。除携带容易方便外，成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用。热式风速计的素子有使用白金线、电热偶、半导体的，但我公司使用白金卷线。白金线的材质在物质上最稳定。因此，长期安定性、以及在温度补偿方面都具有优势。 2.超音波式风速测试方法 该方式是测试传送一定距离的超音波时间，因风的影响而使到达时间延迟，由此测试风速。超音波式风速计传感器部较大，在测试部周围，有可能发生紊流，使流动不规则。用途受到限定，普及度低。 3.叶轮式风速测试方法 该方式是应用风车的原理，通过测试叶轮的转数，测试风速。用于气象观测等。原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。 4.皮拖管式风速测试方法 在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。原理比较简单，价格便宜，但与流动面必须设置成直角，否则不能进行正确的测试。不适合一般用。不是作为风速计，而是作为高速域的风速校正来使用。 风速仪的探头选择 0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。风速仪的热敏式探头用于0至5m/s的精确测量；风速仪的转轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想；而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。正确选择风速仪的流速探头的一个附加标准是温度，通常风速仪的热敏式传感器的使用温度约达+-70?C，特制风速仪的转轮探头可达350?C，皮托管用于+350?C以上。 工作原理与产品介绍 1.热式风速仪 将流速信号转变为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。其原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。它有两种工作模式：①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。 热线长度一般在0.5～2毫米范围，直径在1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金
温度和风速测量方法总结
温度和风速测量方法总 结 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
第一章风速测量风速测量 风是空气流动时产生的一种自然现象。空气流动有上下流动和左右流动，上下流动为垂直运动，也叫对流；左右流动为水平运动，也就是风。风是一个矢量，用风向和风速表示。地面风指离地平面10─12米高的风。风向指风吹来的方向，一般用16个方位或360°表示。以360°表示时，由北起按顺时针方向度量。风速指单位时间内空气的水平位移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。 风杯风速计 风杯风速计是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国鲁宾孙发明，当时是四杯，后来改用三杯。它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。转速可以用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。 图风杯风速计 叶轮风速仪 风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。 法国KIKO叶轮风速仪工作原理如图所示。叶轮的轴杆启动内含八个电磁极的原型磁铁，置于磁铁旁的双霍尔传感器感测到侧场中电磁极的转变信号。传感器的信号转换为电子频率且和风速成正比，并感测旋转方向。 图 KIMO原理
热线风速计 一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化（以便于刻度和读数），即可制成热线风速计。 金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm，长为2 mm；最小的探头直径仅1μm，长为 mm。根据不同的用途，热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度，有时用金属膜代替金属丝，通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜，称为热膜探头。热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的，测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线；动态校准是在已知的脉动流场中进行的，或在风速仪加热电路中加上一脉动电信号，校验热线风速仪的频率响应，若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。 0至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段：低速：0至5m/s；中速：5至 40m/s；高速：40至100m/s。热线风速计用于0至5m/s的精确测量，使用温度约为 ±70℃。 当在湍流中使用热线风速计时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式风速计。因此，风速仪测量过程应尽量在通道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面应不得有遮挡（棱角，重悬，物等）。 图热线风速计 恒流式热线风速计 通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速。利用风速探头进行测量。风速探头为一敏感部件。当有一恒定电流通过其加热线圈时，探头内的温度升高并于静止空气中达到一定值。此时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生的基准反电势相互抵消，使输出信号为零，风速仪指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。
一般热线风速仪有两种工作模式
（1）xx流式 通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速。 利用风速探头进行测量。风速探头为一敏感部件。当有一恒定电流通过其加热线圈时，探头内的温度升高并于静止空气中达到一定数值。此时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生的基准反电势相互抵消，使输出信号为零，仪表指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。 （2）恒温式 热线的温度保持不变，给风速敏感元件电流可调，在不同风速下使处于不同热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不便，即阻值基本恒定，该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。 恒温风速仪则是利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏感元件温度发生变化，电阻也随之变化，从而造成热敏感元件两端电压发生变化，此时反馈电路发挥作用，使流过热敏感元件的电流发生相应的变化，而使系统恢复平衡。上述过程是瞬时发生的，所以速度的增加就好像是电桥输出电压的增加，而速度的降低也等于是电桥输出电压的降低。 三、电路工作原理 现以恒温式热线风速仪为例来说明它的工作原理（如图1）。把探头接在风速仪电路中电桥的一臂，探头的电阻记为R p,其他三臂的电阻分别为R 1，R 2和R
b。其中R 1=R 2，R b为一可调的十进制精密电阻。 此时，要求热线探头的电阻温度系数很高，而相反的却要求R 1，R 2和R b的电阻温度系数很小。 图1- 1热线风速仪电路原理图 在电桥AC两端加上电压E，当电桥平衡时，BD间无电位差，此时，没有信号输出。当探头没有加热时，探头的电阻值R f叫做冷电阻，各个探头有其不同的冷电阻值。测试时，把一个未知电阻值的探头接入桥路中，调节R b使电桥平衡，这时十进位电阻器R b上的数值就是冷电阻的数值，即为R f。按照所选定的过热比调节R b，使它的数值高出R f，一般推荐值为 1.5R f。这是，仪器中的电路能自动回零反馈，使I w增加，从而使热线探头的温度升高、电阻增大，一直达到R
风速仪工作原理
2012-01-25 16:19 风速仪_热线风速仪测量原理简介 0引言 到目前为止，人们根据光学、力学以及热力学等领域的研究成果开发了很多测量流体流场的测量仪器，比如有早期的比托管和风速仪，后来的热线热膜风速仪(HWA)，以及近期出现的激光流速计((LDV)等等。比托管的结构简单，使用方便，坚实可靠，价格低廉，但是其测速的范围比较窄，一般用来测量旺盛湍流的平均流速，所以测量的速度一般比较高，而且其仅能测量二维流场，不能敏感反向流动，不能测量湍流流动的流场分布。热线风速仪能够实现连续测量，信噪比好，而且能够分离和测量三维流场，测量的范围比较大，而且能够非常准确地测量微风速，其灵敏度非常高。鉴于热线风速仪的这些优点，现在被广泛地应用与各种领域，比如测量模拟风洞的速度场，换热管肋片周围的速度场，内燃机的流动特性等。 1热线风速仪的基本工作原理 1.1基本原理 热线测速技术是一种非常重要的测量流体速度与方向的技术，己经有近一百年的历史，它为流体速度的测量作出了巨大的贡献，并且在20世纪60年代以后几乎垄断了湍流脉动测速领域。按照热线热平衡原理可以将热线分为恒流风速仪和恒温风速仪。由于恒温风速仪热滞后效应很小，频率响应很宽，反应快速，而恒流风速仪则不具备上述特点，因此，恒温风速仪的出现成为热线技术进一步发展的重要标志。热线风速仪器测量速度的基本原理是热平衡原理，利用放置在流场中的具有加热电流的细金属丝来测量流场中的流速，风速的变化会使金属丝的温度产生变化，从而产生电信号而获得风速。 根据热平衡原理，当风速仪中的热线置于介质(流场)中并通以电流时，热线中产生的热量应与之耗散的热量相等。换言之，在风速仪热线没有其他形式的热交换条件下，加热电流在热线中产生的热量应等于热线与周围介质的热交换。根据King公式，我们可以近似的得到换热表面的努谢尔数与雷诺数之间的关系，也就是说，只要知道换热系数，就可以得到通过风速仪热线处流速的大小和方向。 King公式可以表示为: Nu=A+BRe0.5 (1) 其中一一努谢尔数
ZY98-101三杯式风向风速仪使用方法简介
ZY98-101三杯式风向风速仪使用方法简介 ZY98-101便携式风向风速仪中风速的测量部分采用了微机技术，可以同时测量瞬时风速，瞬时风级，平均风速，平均风级，对应浪高等5个参数。并采取了许多降低功能的措施，大大减少仪器的功耗，它带有数据锁存功能，便于读数。在风向部分采用了指北装置，测量时无需人工对北，简化测量操作。本仪器体积小，重量轻，功能全，耗电省，可以广泛应用于农林，环境，海洋，科学考察，气象教学等领域测量大气的风参数。仪器使用的过程中可以参照如下步骤进行： 风向测量部分 1在观测前应先检查风向部分是否垂直牢固的连接在风速仪风杯的护架上并反向旋转托盘螺母使支撑着方向度盘的托盘下降，使轴尖与锥形轴承接触 2 观测时应在风向指针稳定时读取方位读数。 3 观测后为了保护轴尖与锥形轴承，正向旋转托盘螺母使托盘上升，托起风向度盘，从而使轴尖与锥形宝石轴承离开。 风速测量部分 1.确认仪器内已经装上电池，本仪器采用的是3节5号1.5V干电池。请注意不要采用可 充电电池，它的输出电源只有1.2V，电源不够。打开仪器的后盖板，将3节5号干电池装入电池架内（注意电池的极性一定要正确，看准后再将电池装入）电池装入后，仪器可能处于头点状态，也可能处于断电状态，这是可用面板上的电源开关，来控制仪器电源的开与关 2.请参看仪器的面板布置图，仪器投电后首先进行显示器的自检，显示器上所有可能用到 的笔画都显示大约2秒钟，然后仪器便进入测量状态。 3.按键功能为：A-瞬时风速C-瞬时风级B-平均风速D-平均风级E-对应浪高 4.瞬时，平均风速单位：m/s，瞬时，平均风级单位：级对应浪高单位：m。 5.仪器运行时，测量瞬时风速，平均风速，瞬时风级，平均风级，对应浪高这5个参数只 能显示其中的一个参数，显示参数由风速显示键和风级显示键用来切换，每按一次风速键显示参数就在瞬时风速和平均风速之间切换，每按一次风级显示键显示就在瞬时风级，平均风级，对应浪高之间切换。 6.显示时对应的位置上会出现小数点。风速，浪高参数小数点后保留一位，风级显示整数， 没有小数点显示。 7.平均风速，平均风级，对应浪高需要有一分钟的采样时间，所以在投点后一分钟内，或 锁存撤销后一分钟内，不能得到正确的平均值，一直要等到采样时间大于一分钟以后，显示器才显示有效的参数值。 8.锁存显示按键可以使仪器在测量状态和锁存状态之间切换。在测量状态时按一下锁存显 示键，仪器进入锁存状态，锁存状态，测量值锁存后显示值被锁定。 9.在锁存状态时按一下锁存键，锁存功能消失，表示仪器回到测量状态。 10.仪器里设计有电源电压检测电路，当电源电源低于设定值（3.3V左右）时显示器立即 显示“欠压”，不再显示参数值，以免用户得到错误示值。更换新电池后再使用。11.由于本仪器采用的是小型干电池，锁存电能有限。所以用完以后一定要记住及时关闭电 源，取出电池以延长电池的使用寿命。 12.由于仪器内有精密的机械结构，所以使用时应小心，不得摔碰
极低风速下热线测量的方向特性
第16卷 第2期2001年6月 实 验 力 学 JOU RNAL O F EXPER I M EN TAL M ECHAN I CS V o l.16 N o.2 Jun.2001 文章编号:100124888(2001)022******* 极低风速下热线测量的方向特性Ξ 姚仁太,郝宏伟 (中国辐射防护研究院,太原030006) 摘要:在风速为6～30m s的范围内,许多研究表明可近似认为热线探针的偏角因子K1和倾角因子K2不随风速变化,倾角Η对K1及偏角Υ对K2也近似认为没有影响,一般采用K1≈0.2,K2≈1.02.然而在极低风速下,特别是1m s以下,由于热线的传热机理发生变化,所以K1和K2也出现了显著的变化.本文对单丝探针和双丝探针方向特性进行了探讨性的研究,实验表明,风速小于3m s时,K1和K2随速度发生变化,且Η对K1以及Υ对K2都有影响.当取Υ和Η为90°时,K1和K2在整个角度范围内计算速度的误差较小. 关键词:方向特性;热线探针;极低风速 中图分类号:V211.71 文献标识码:A 1 引言 环境风洞中气流的主要特点是低风速、高湍流度.对于高湍流度气流和不规则速度分布流场,当利用热线风速仪进行测量时,由于热线感应的有效冷却速度不仅取决于速度而且还敏感于气流与热线所形成的角度,因此必须考虑热线的方向特性,才能获得正确的结果.一方面可以对测量信号进行修正,另一方面也可以精确地判定方向.一般而言,有效冷却速度与几个因子有关,如偏角因子和倾角因子,它们的值有典型的依赖关系. 在这方面最先由Cham p agne等(1967)[1]提出切向冷却速度修正的重要性,特别是Jo r2 gen sen(1971)[2]作了更进一步的详细的研究,之后又有许多研究者做过类似实验和讨论.比较新的论述是Chew和H a(1988)[3],他们仔细研究了对有效冷却速度影响的偏角因子和倾角因子.但上述这些研究所讨论的速度都不在环境风洞中的极低风速范围内.这里我们将讨论,在0.5m s到10m s风速范围内,DAND EC55P11型未镀金单丝探针和DAND EC55P51型镀金双丝探针在不同偏角和倾角下的测量实验. Ξ收稿日期:2000207225;修订日期:2001205225 作者简介:姚仁太(1963-),男,博士.中国辐射防护研究院副研究员.主要从事污染物迁移与扩散的物理模拟和测量技术(包括流动可视化及P I V测量技术)实验研究,以及数值模拟研究.
(完整版)风速仪风向标原理
风速仪风向标原理 当前风场所使用的风速仪风向标种类主要有两种，机械式和超声波风速风向仪，其中使用较多的是机械式风速仪，利用机械部件旋转来敏感风速大小，并结合风向标获得风向，尽管这种方法简单可靠，但由于其测量部分具有机械活动部件，在长期暴露于室外的工作环境下容易磨损，寿命有限，维护成本较高。另外，其检测精度也不高，而采用超声波风速风向测量系统，精度高，可靠性高，寿命长且维护成本相对较低。 1.超声波风速风向测量原理 系统由超声波探头，发射接收电路，电源模块，发射接收控制及数据分析处理中心和数据结果显示单元组成。四个超声波探头成90度布置。可以测到两个方向的风速值，经矢量合成运算，可以得到风速风向值。发射接收电路在不同时刻，即可以驱动探头发射超声波，又可以接受探头受到的超声波信号，可以地隔离、发射接收互不影响。电源模块提供电路所需要的5V和12V直流稳压电源。发射接收控制及数据分析处理中心产生超声波信号，经发射接收电路放大后驱动探头发射；对探头接收带的信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号；对探头的发射接收顺序进行控制；对发射时刻和信号到达时刻进行判断，计算出传播时间;分析处理数据结果，计算出风速风向值，传输给数据结果显示单元，数据结果显示单元将以数字形式直观的现实出瞬时风速风向值或某一段时间的平均风速值 2机械式风向标（NRG相同工作原理）
图1 图中：WIND ORIENTATION VANE ：风向标 风向标和风速计位于机舱的后部外侧。 风向标包括两个需要提供24V电源（白色+，棕色/黄色/粉红色-）的光耦合器：B302指示0°，B303指示90°。在风向标（底部）的固定部分有底座，外加整个电子电路。不固定部分（顶部）包括风向标本身和位于基座内部的金属半环。 金属半环的作用是随着风向标的转动,通过光耦合器起动它们或者停止它们的工作。 当金属半环通过光耦合器时信号为低电平（0V），而出现相反的情况时信号为高电平（24V）。见图1。 恒定的高电平信号表示0%屏蔽，也就是说，金属环不在光耦合器里。 在高电平和低电平之间变动的信号表示50%屏蔽，也就是说，金属环“是-不是”恒定通过光耦合器。 恒定的低电平信号表示100%屏蔽，也就是说，金属环一直在光耦合器里。 根据这些百分比，可以得知机舱的偏向。 当机舱已被定向，而风向标随着风摆动时，0°传感器信号（绿色电缆），在高电平和低电平之间一直变化；而90°传感器信号（灰色）给出恒定的高电平信号。
QDF―6型数字风速仪使用、保养维护标准操作规程.
1. 目的:建立 QDF-6型数字风速仪使用、保养维护标准操作规程, 规范检验操作。 2. 适用范围:适用于北京市远大仪器仪表开发部生产的 QDF-6型数字风速仪。 3. 职责人:检验员,品质管理部负责人。 4. 内容: 4.1 结构和工作原理 本仪器是由热球式风速传感器、测试仪和充电器三大部分组成。 热球式风速传感器是一种旁热式换能原理的传感器,包括加热和感温两部分。热球-敏感元件的加热丝,通过恒定的电流加热,由于热球体积甚小,热容量很小, 热球内部温度迅速上升, 并与周围气体介质迅速形成平衡, 热偶感受球内温度,输出热电势,很明显输出电势是温度的单值函数。静态(即风速为零时,热球内部温度最高,热偶的热接点(位于热球内部与冷接点(位于热偶丝电极柱上的温度差最大,此时热电偶的输出电势最大。
当有气流流动时,气流带走热量,使热球温度下降,于是,热偶的输出电势变小;热球温度下降是和气流流动带走的热量成一定的函数关系。这样, 就实现了非电量(气流流速到电量(输出电压信号的转换。 热球式风速传感器的输出特性是非线性的,它的输出电压信号(mv 与气体流速(m/s之间的关系, 可用函数 Y =AX -b 表示, 传感器的输出信号经放大器放大后,经A/D变换、非线性处理,输出到数字显示部分,数字表头直接显示出所测定的风速值,计量单位为“米 /秒” 。 4.2 技术指标 4.2.1 测量风速范围:0~30米 /秒 4.2.2 温度:-10~40℃ 4.2.3 湿度:≤ 85% 4.2.4 大气压强:970~1040hpa 4.2.5 在工作环境条件下测量时, 测量误差不大于±3%(满量程 , 当测头方向偏差在±15%时,测量误差不大于±5% 4.2.6 传感器的反应时间不大于 3秒 4.2.7 显示:4位数字显示 4.2.8 电源:直流 5~6伏 4.2.9 分辨率:0.01米 /秒