風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于校準(zhǔn)儀器領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀 器及啟動(dòng)風(fēng)速獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器是應(yīng)用極為廣泛的測(cè)風(fēng)傳感器，但是在其用了一段時(shí)間后，風(fēng) 杯組件會(huì)老化，啟動(dòng)風(fēng)速會(huì)增大，這時(shí)就需要對(duì)啟動(dòng)風(fēng)速進(jìn)行校準(zhǔn)，如果超過(guò)一定范圍就需 要更換風(fēng)速傳感器。現(xiàn)在對(duì)風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速的校準(zhǔn)辦法還基本是將風(fēng)速傳感器送到專(zhuān) 門(mén)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量，這樣做極為費(fèi)時(shí)，費(fèi)財(cái)，而且不便于對(duì)風(fēng)速傳感器進(jìn)行定期的檢 查和維護(hù)。截止到2012年7月，全國(guó)已建成3萬(wàn)余自動(dòng)氣象站，有些自動(dòng)氣象站地處偏遠(yuǎn)； 對(duì)于這些自動(dòng)氣象站的風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速的校準(zhǔn)，就需要一種便攜的可以進(jìn)行現(xiàn) 場(chǎng)校準(zhǔn)的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀 器及啟動(dòng)風(fēng)速獲取方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)難度大的 問(wèn)題。
[0004] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0005] 風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀器，包括給風(fēng)模塊、測(cè)風(fēng)模塊、標(biāo)準(zhǔn)氣流獲取模 塊、控制模塊；其中，給風(fēng)模塊用于產(chǎn)生氣流；標(biāo)準(zhǔn)氣流獲取模塊用于將給風(fēng)模塊產(chǎn)生的氣 流轉(zhuǎn)換成風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯啟動(dòng)所需的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速；測(cè)風(fēng)模塊用于獲取風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯啟 動(dòng)時(shí)所需的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值，并傳輸至控制模塊；控制模塊用于計(jì)算風(fēng)速傳感器的風(fēng)杯啟動(dòng)需 要的實(shí)際啟動(dòng)風(fēng)速值，并根據(jù)風(fēng)杯是否啟動(dòng)控制給風(fēng)模塊工作，若風(fēng)杯未啟動(dòng)，則給風(fēng)模塊 的風(fēng)速持續(xù)增加，若風(fēng)杯啟動(dòng)則保持當(dāng)前風(fēng)速施加于風(fēng)杯，控制模塊根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速計(jì)算出 實(shí)際的啟動(dòng)風(fēng)速，并根據(jù)該啟動(dòng)風(fēng)速對(duì)風(fēng)杯傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0006] 所述控制模塊包括中央處理器及風(fēng)杯啟動(dòng)檢測(cè)裝置，風(fēng)杯啟動(dòng)檢測(cè)裝置用于檢測(cè) 風(fēng)杯的啟動(dòng)信息，并將該啟動(dòng)信息發(fā)送至中央處理器，中央處理器接收到啟動(dòng)信息后，控制 給風(fēng)模塊保持當(dāng)前風(fēng)速不變。
[0007] 所述風(fēng)杯啟動(dòng)檢測(cè)裝置為紅外檢測(cè)裝置。
[0008] 所述標(biāo)準(zhǔn)氣流獲取模塊包括從氣流進(jìn)口到氣流出口依次設(shè)置的整流段、收縮段、 實(shí)驗(yàn)段，其中，整流段用于將給風(fēng)模塊產(chǎn)生的氣流梳理均勻，以獲得流場(chǎng)穩(wěn)定均勻的氣流； 收縮段用于將均勻的氣流進(jìn)行加速；實(shí)驗(yàn)段用于將加速后的氣流形成流動(dòng)方向一致、速度 均勻的穩(wěn)定氣流，該穩(wěn)定氣流作為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)施加于風(fēng)杯上。
[0009] 所述整流段包括阻尼網(wǎng)和蜂窩器。
[0010] 根據(jù)如下公式計(jì)算風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速V : CN 204832243 U 說(shuō)明書(shū) 2/4 頁(yè)
[0012] 其中，C(0)為整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)，p為空氣密度，R為風(fēng)杯回轉(zhuǎn)半徑，A 為風(fēng)杯切口面積，Bo為靜摩擦力矩，
為系統(tǒng)獲取的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速， C(Ji)為180度對(duì)應(yīng)的單個(gè)風(fēng)杯風(fēng)壓系數(shù)，Θ為風(fēng)向與風(fēng)杯中心線的夾角。
[0013] 整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)C( Θ )根據(jù)如下公式獲取：
，其中，Cn(0)為風(fēng)杯系統(tǒng)單個(gè)風(fēng)杯 的風(fēng)壓系數(shù)。
[0015] 整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)C( Θ )是將單個(gè)風(fēng)杯風(fēng)壓系數(shù)曲線進(jìn)行擬合、平移、相 加處理后，得到的一條正弦曲線。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
[0017] 1、便于攜帶到各種測(cè)風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三杯式風(fēng)速計(jì)啟動(dòng)風(fēng)速的校驗(yàn)工作。
[0018] 2、與傳統(tǒng)風(fēng)洞獲取啟動(dòng)風(fēng)速的方法不同，根據(jù)JJG(氣象）004-2011_自動(dòng)氣象站 風(fēng)向風(fēng)速傳感器檢定規(guī)程可知，傳統(tǒng)方法獲取的啟動(dòng)風(fēng)速的值準(zhǔn)確度不高，可以準(zhǔn)確計(jì)算 獲取到風(fēng)杯不同初始位置的啟動(dòng)風(fēng)速及最大、最小、平均值。
[0019] 3、本校準(zhǔn)設(shè)備自動(dòng)化程度高、方便、快捷，去除了已有風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)啟動(dòng)風(fēng)速校準(zhǔn)儀 器及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)獲取啟動(dòng)風(fēng)速人為操作偶然性。
[0020] 4、本校準(zhǔn)儀器原理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，便于推廣使用。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器的俯視圖。
[0022] 圖2為靜摩擦力矩的測(cè)量辦法示意圖。
[0023] 圖3為獲得標(biāo)準(zhǔn)氣流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。
[0024] 圖4為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0025] 圖5為整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)曲線
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 本實(shí)用新型的風(fēng)速傳感器啟動(dòng)風(fēng)速的獲取方法是基于啟動(dòng)風(fēng)速的數(shù)學(xué)模型，風(fēng)杯 式風(fēng)速傳感器俯視圖如圖1所示：
[0028] 根據(jù)如下公式計(jì)算風(fēng)速傳感器的啟動(dòng)風(fēng)速V :
[0030] 其中，C(0)為整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)，p為空氣密度，R為風(fēng)杯回轉(zhuǎn)半徑，A為 風(fēng)杯切口面積，Bo為靜摩擦力矩，Θ為風(fēng)向與風(fēng)杯中心線的夾角。
[0031] 整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)C( Θ )根據(jù)如下公式獲?。?br>[0032] C(0) =Cn(0)+Cn(0+12O° )+Cn(0+24O° )，其中，Cn(0)為風(fēng)杯系統(tǒng)單個(gè)風(fēng)杯 的風(fēng)壓系數(shù)。
[0033] 整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的風(fēng)壓系數(shù)C( θ )是將單個(gè)風(fēng)杯風(fēng)壓系數(shù)曲線進(jìn)行擬合、平移、相 加處理后，得到的一條正弦曲線如圖5所示：藍(lán)色曲線是對(duì)單個(gè)風(fēng)杯風(fēng)壓系數(shù)曲線進(jìn)行擬 合、平移、相加處理后的曲線，紅色是對(duì)此曲線擬合的正弦曲線。
[0034] 該方法的具體推導(dǎo)過(guò)程如下：
[0035] 如圖2所示，據(jù)動(dòng)壓定義，風(fēng)杯靜止，風(fēng)相對(duì)于風(fēng)杯的速度為V，作用在風(fēng)杯上的流 動(dòng)空氣的動(dòng)壓為
則作用在風(fēng)杯截口有效面積的壓力即是乘上截口面積A和風(fēng)杯結(jié) 構(gòu)形狀相關(guān)的風(fēng)壓系數(shù)C( Θ )，即壓力：
則風(fēng)作用在風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)上產(chǎn)生的扭力 矩就是是再乘上回轉(zhuǎn)半徑R，即為
然后由啟動(dòng)瞬間整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng)的力矩平 衡，即風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的靜摩擦力矩和空氣扭力矩平衡條件有：
直接解此等 式即可得到的啟動(dòng)風(fēng)速為：
要注意的是此處風(fēng)壓系數(shù)C( Θ )是整個(gè)風(fēng)杯系統(tǒng) 的風(fēng)壓系數(shù)，即是3個(gè)風(fēng)杯的單個(gè)風(fēng)壓系數(shù)的疊加；要得到啟動(dòng)風(fēng)速V，需要知道的參數(shù)有： 空氣密度（已知，通常情況下，即