[發(fā)明專利]一種恒壓式熱式風(fēng)速測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210194557.8
• 申請(qǐng)日: 2022-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN114518468A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 榮釗敏;朱志峰;沈煜渱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/12
• 分類號(hào): G01P5/12;G01P1/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種恒壓式熱式風(fēng)速測(cè)量方法，其步驟包括：1.建立恒壓情況下熱絲探頭內(nèi)電流與環(huán)境待測(cè)風(fēng)場(chǎng)中的風(fēng)速的一種函數(shù)關(guān)系；2.構(gòu)建一種螺線型的熱絲探頭，其優(yōu)選材料為金屬鎳；3.兩個(gè)換熱強(qiáng)度系數(shù)通過最小二乘法針對(duì)不同溫度、濕度、氣壓分別進(jìn)行測(cè)定且在測(cè)量時(shí)調(diào)用與當(dāng)前環(huán)境匹配的參數(shù)；4.金屬絲兩端的施加的電壓有M個(gè)擋位，擋位之間通過判斷電流大小進(jìn)行切換。本發(fā)明能根據(jù)環(huán)境溫度、濕度、氣壓調(diào)整測(cè)量參數(shù)，減小環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響，并能根據(jù)電流大小調(diào)整電壓大小，擴(kuò)大測(cè)量量程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)定風(fēng)速的方法，尤其涉及一種恒壓式熱式風(fēng)速儀測(cè)量風(fēng)速的方法。

背景技術(shù)

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)研究中，經(jīng)常要求對(duì)環(huán)境風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，而在航空航天，大氣監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，更是對(duì)風(fēng)速的測(cè)量精確度提出了極高的要求。常見風(fēng)速測(cè)量儀分為超聲波風(fēng)速儀(UA)、風(fēng)杯風(fēng)速儀、激光流速計(jì)(LDV)與熱式風(fēng)速儀(HWFA)等幾種類型。超聲波風(fēng)速儀是利用超聲波的時(shí)差效應(yīng)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度高但抗干擾性差；風(fēng)杯風(fēng)速儀是利用流場(chǎng)與風(fēng)杯之間的相互作用對(duì)風(fēng)速進(jìn)行的測(cè)量，使用廣泛成本低廉，但是測(cè)量精度低且需要較大的啟動(dòng)風(fēng)速，不利于低風(fēng)速的準(zhǔn)確測(cè)量；激光流速計(jì)是利用光的多普勒效應(yīng)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行的測(cè)量，測(cè)量精度高但是頻譜分析復(fù)雜、制備成本高昂；熱線式風(fēng)速儀是基于熱傳導(dǎo)和熱耗散的原理對(duì)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量的儀器，與其它類型的風(fēng)速儀相比，熱式風(fēng)速儀能精確地對(duì)流場(chǎng)特性進(jìn)行分析、價(jià)格低廉且在低速流和低湍流場(chǎng)具有較大的優(yōu)越性。因?yàn)闊峋€式風(fēng)速儀測(cè)量靈敏度高、測(cè)量范圍廣、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)且可同時(shí)測(cè)量流體的密度、溫度等常數(shù)參數(shù)的特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。

熱式風(fēng)速儀有“恒溫型”和“恒流型”兩種工作方式。恒流型熱式風(fēng)速儀工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)熱滯后效應(yīng)，后續(xù)產(chǎn)品多采用電子補(bǔ)償以消除滯后帶來的影響，至今仍然無法完全解決該問題。恒溫式熱線式風(fēng)速儀具有滯后效應(yīng)小的特點(diǎn)，但在提高頻率響應(yīng)范圍寬度的問題上，需要考慮諸多的限制性因素，實(shí)現(xiàn)起來頗為困難。恒壓式簡單易于實(shí)現(xiàn)，但受限與無法自動(dòng)反饋故而測(cè)量范圍較為狹窄。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種恒壓式熱式風(fēng)速測(cè)量方法，以期能實(shí)現(xiàn)電壓的自動(dòng)反饋以擴(kuò)大測(cè)量范圍，并能根據(jù)環(huán)境溫度、濕度和溫度自動(dòng)調(diào)整換熱系數(shù)參數(shù)，從而減小環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響。

本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種恒壓式熱式風(fēng)速測(cè)量方法的特點(diǎn)在于是按步驟如下進(jìn)行：

步驟1.選用滿足150攝氏度下電阻與溫度呈線性關(guān)系的材料制成金屬絲并作為熱絲探頭；

步驟2.將金屬絲置于待測(cè)風(fēng)場(chǎng)中并對(duì)其兩端施加電壓U；

步驟3.在電壓U不變的情況下，將所述金屬絲的溫度與待測(cè)風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化為電流與風(fēng)速的關(guān)系；

步驟4.測(cè)量所述金屬絲上的電流I，并利用式(1)計(jì)算環(huán)境待測(cè)風(fēng)場(chǎng)中的風(fēng)速v：

式(1)中，μ是空氣粘性系數(shù)，ρ是空氣密度，d是熱絲探頭的直徑，α是電阻溫度系數(shù)，R₀是室溫下金屬絲電阻，是金屬表面輻射率，σ是斯特凡玻爾茲曼常數(shù)，C₁是無風(fēng)條件下的換熱強(qiáng)度系數(shù)，C₂是強(qiáng)制對(duì)流下的換熱強(qiáng)度系數(shù)，l是金屬絲的長度，S是金屬絲的橫截面積。

本發(fā)明所述的一種恒壓式熱式風(fēng)速測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于，針對(duì)不同溫度、濕度、氣壓，通過最小二乘法分別進(jìn)行測(cè)定兩個(gè)換熱強(qiáng)度系數(shù)C₁和C₂，以形成數(shù)據(jù)庫，用于對(duì)待測(cè)風(fēng)場(chǎng)中所采集的實(shí)時(shí)溫度、濕度、氣壓進(jìn)行匹配查詢。

所述熱絲探頭為螺線形線圈。

所述熱絲探頭的材料為金屬鎳。

施加在金屬絲兩端的電壓有多個(gè)擋位，且各擋位之間按如下步驟進(jìn)行切換：