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【秒懂小“砖”家】1分钟了解风速仪


  来源: 华盛昌CEM 时间:2023-09-16 编辑:仪器仪表WXF
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风力与风速是气象研究的重要指数,也是人们关注的重点要素。其不仅对人们的日常各类活动有很大的影响,对于气象研究航海等工作更具重要意义,提前测好风速风向,有利于各项活动地顺利开展。


对于风速测量很多人可能会认为是气象台的工作,但其实在工程施工、环境监测等诸多方面都需要实时了解准确的风速情况


那么,日常生活与生产中的风速如何测量?一般使用的测量工具及其原理是什么?作用有哪些? 它们是如何赋能专业人士以及相关领域的?我们又该如何选择测量仪器?

 

风速仪


风速仪是指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。它的测量原理很简单,就是利用空气的流动来带动风速仪的部件运动,然后通过这种运动来间接测定风的流速


发展历史

 

结构及原理


风速仪通常由两个部分组成:一个压力传感器和一个温度传感器。压力传感器通过测量空气流动时所产生的静压力差来计算风速。温度传感器则测量周围空气的温度,因为风速和温度是密切相关的,温度的变化会影响空气的密度,从而影响风速的测量。


具体来说,风速仪通过把空气流动引导到一个小孔中,测量小孔两侧的压力差来计算风速。当风吹过小孔时,它会在进口侧形成较高的压力,而在出口侧则形成较低的压力。这种差异会被传感器检测到,并转化为数字信号,通过计算得出风速大小。


主要用途

*测量平均流动的速度和方向。

*测量来流的脉动速度及其频谱。

*测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。

*测量壁面切应力(通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的原理与热线测速相似)。

*测量流体温度(事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线,然后根据测得的探头电阻就可确定温度)。


分类及特点


热式风速计

热式风速计又分为热球式、热线式、热敏式几类。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。


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。


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。


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。


测量标准

不同类型的风速仪具有不同的测量标准:


测量范围

风速仪的测量范围是指能够测量的风速范围。叶轮式风速仪通常测量范围为0~60m/s,热线式风速仪为0~30m/s,超声波式/皮托管风速仪可达70m/s以上。


精度

精度是指测量结果与真实值之间的误差。风速仪的精度影响到数据的准确性。通常,风速仪的精度为测量范围的2%~5%。


响应时间

响应时间是指风速仪对风速变化的反应时间。对于气象、环保等领域,响应时间要求较短,一般在1秒以内。而航空领域对响应时间要求更高,通常在0.1秒以内。


温度

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士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。


仪器标准


国际标准

ESDU16002-2018热风速仪 (CTA) 湍流和流量测量实用指南BSENIEC61400-12-2:2022基于机舱风速仪 (英国标准)的发电风力涡轮机的功率性能


国内标准

JJF 1939-2021热式风速仪校准规范

JB/T11258-2011数字风向风速测量仪

GB/T30494-2014船和海上技术船用风向风速仪

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