[发明专利]一种恒压式热式风速测量方法

说明书

本发明公开了一种恒压式热式风速测量方法，其步骤包括：1.建立恒压情况下热丝探头内电流与环境待测风场中的风速的一种函数关系；2.构建一种螺线型的热丝探头，其优选材料为金属镍；3.两个换热强度系数通过最小二乘法针对不同温度、湿度、气压分别进行测定且在测量时调用与当前环境匹配的参数；4.金属丝两端的施加的电压有M个挡位，挡位之间通过判断电流大小进行切换。本发明能根据环境温度、湿度、气压调整测量参数，减小环境对测量的影响，并能根据电流大小调整电压大小，扩大测量量程。

技术领域

本发明涉及一种测定风速的方法，尤其涉及一种恒压式热式风速仪测量风速的方法。

背景技术

在工农业生产与科学研究中，经常要求对环境风速进行测量，而在航空航天，大气监测等领域，更是对风速的测量精确度提出了极高的要求。常见风速测量仪分为超声波风速仪(UA)、风杯风速仪、激光流速计(LDV)与热式风速仪(HWFA)等几种类型。超声波风速仪是利用超声波的时差效应对风速进行测量，测量精度高但抗干扰性差；风杯风速仪是利用流场与风杯之间的相互作用对风速进行的测量，使用广泛成本低廉，但是测量精度低且需要较大的启动风速，不利于低风速的准确测量；激光流速计是利用光的多普勒效应对风速进行的测量，测量精度高但是频谱分析复杂、制备成本高昂；热线式风速仪是基于热传导和热耗散的原理对风速进行测量的仪器，与其它类型的风速仪相比，热式风速仪能精确地对流场特性进行分析、价格低廉且在低速流和低湍流场具有较大的优越性。因为热线式风速仪测量灵敏度高、测量范围广、环境适应性强且可同时测量流体的密度、温度等常数参数的特点，得到了广泛应用。

热式风速仪有“恒温型”和“恒流型”两种工作方式。恒流型热式风速仪工作时会出现热滞后效应，后续产品多采用电子补偿以消除滞后带来的影响，至今仍然无法完全解决该问题。恒温式热线式风速仪具有滞后效应小的特点，但在提高频率响应范围宽度的问题上，需要考虑诸多的限制性因素，实现起来颇为困难。恒压式简单易于实现，但受限与无法自动反馈故而测量范围较为狭窄。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种恒压式热式风速测量方法，以期能实现电压的自动反馈以扩大测量范围，并能根据环境温度、湿度和温度自动调整换热系数参数，从而减小环境对测量的影响。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种恒压式热式风速测量方法的特点在于是按步骤如下进行：

步骤1.选用满足150摄氏度下电阻与温度呈线性关系的材料制成金属丝并作为热丝探头；

步骤2.将金属丝置于待测风场中并对其两端施加电压U；

步骤3.在电压U不变的情况下，将所述金属丝的温度与待测风场中风速之间的函数关系转化为电流与风速的关系；

步骤4.测量所述金属丝上的电流I，并利用式(1)计算环境待测风场中的风速v：

式(1)中，μ是空气粘性系数，ρ是空气密度，d是热丝探头的直径，α是电阻温度系数，R₀是室温下金属丝电阻，是金属表面辐射率，σ是斯特凡玻尔兹曼常数，C₁是无风条件下的换热强度系数，C₂是强制对流下的换热强度系数，l是金属丝的长度，S是金属丝的横截面积。

本发明所述的一种恒压式热式风速测量方法的特点也在于，针对不同温度、湿度、气压，通过最小二乘法分别进行测定两个换热强度系数C₁和C₂，以形成数据库，用于对待测风场中所采集的实时温度、湿度、气压进行匹配查询。

所述热丝探头为螺线形线圈。

所述热丝探头的材料为金属镍。

施加在金属丝两端的电压有多个挡位，且各挡位之间按如下步骤进行切换：