测量风速的方法
20101308017
张曦
计算机科学与技术10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
高度上的风速和风向。如图所示,任意甲、乙两个导航台的导航信号在空间某点被接收
时存在时间差，对应不同的等时间差，构成空间一组双曲线族（实线）；同理甲、丙两
个导航台的导航信号，在空间任意点接收到的等时间差，也在空间形成另一组双曲线族（虚线）。气球在空间某点测得甲、乙两台的时间差，可以确定它位于一根相对应的双曲线l1上。同时测得甲、丙两台的时间差后，也可以找到位于另一根相对应的双曲线
l2。l1和l2两根双曲线的交点P，便是气球的地理位置。根据各时段气球理地位置的
水平位移即可计算出高空的风速和风向。至于气球的高度则由气球上的无线电探空仪测定。船舶和飞机等活动观测平台通常使用导航测风。从20世纪60年代开始,气象卫
星探测的高空风场(见卫星测风)，为观测站稀少地区提供了资料。
地面风的测量
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。1805年英国人F·蒲福根据风对地面（或海面）物体的影响，提出风力等级表，几经修改后得下表。目测风时，根据风力等级表中各级风
的特征，即可估计出相应的风速。
蒲福风力等级表
（1）风向测量仪器：风向标是一种应用最广泛的测量风向仪器的主要部件，由水平指向杆、尾翼和旋转轴组成。在风的作用下，尾翼产生旋转力矩使风向标转动，并不断调整指向杆指示风向。风向标感应的风向必须传递到地面的指示仪表上，以触点式最为简单，风向标带动触点，接通代表风向的灯泡或记录笔电磁铁，作出风向的指示或记录，但它的分辨只能做到一个方位（22.5°）。精确的方法有自整角机和光电码盘。
（2）风速测量仪器：a）风杯风速表是应用最广泛的一种风速表，由三个（或四个）半
球形或抛物形空杯，都顺一面均匀分布在一水平支架上，支架与转轴相连。在风力作用下，风杯绕转轴旋转，其转速正比于风速。转速可以用电触点、测速发电机、齿轮或光电计数
器等记录。b）桨叶式风速表是由若干片桨叶按一定角度等间隔地装置在一铅直面内，能逆风绕水平轴转动，其转速正比于风速。桨叶有平板叶片的风车式和螺旋桨式两种。最常见
的是由三叶式四叶螺旋桨，装在形似飞机机身的流线形风向标前部，风向标使叶片旋转平
面始络对准风的来向。c）热力式风速表是被电流加热的细金属丝或微型球体电阻，放置在气流中，其散热率与风速的平方根成线性关系。通常在使加热电流不变时，测出被加热物
体的温度，就能推算出风速。热力式风速表感应速度快，时间常数只有百分之几秒，在小
风速时灵敏度较高，宜应用于室内和野外的大气湍流实验，也是农业气象测量的重要工具。
常用的仪器有杯状风速计、翼状风速计、卡他温度计和热球式电风速计。翼状
和杯状风速计使用简便，但其惰性和机械磨擦阻力较大，只适用于测定较大的
风速。
风速计(anemometer)
顾名思义是测量空气流速的仪器。它的种类较多，气象台站最常用的为风杯风速计，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。另一种旋转式风速计为旋桨式风速计，由一个三叶或四叶螺旋桨组成感应部分，将其
安装在一个风向标的前端，使它随时对准风的来向。桨叶绕水平轴以正比于风速的转速旋转。
风速计其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流
体的温度，因此将金属丝
称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温
度下降。根据强迫对流热交换理论，可导出热线散失的热量Q与流体的速度v之间存在关
系式。标准的热线探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝组成，如图2.1所示。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，如图2.2所示。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。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+-70C。特制风速仪的转轮探头可达350C。皮托管用于+350C以上。
1、风速仪的热敏式探头
风速仪的热敏式探头的工作原理是基于冷冲击气流带走热元件上的热量，借助一个调节开关，保持温度恒定，则调节电流和流速成正比关系。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、风速仪的转轮式探头
风速仪的转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，
对转轮的转动进行“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）。
风速仪的小口径探头更适于测量管道横截面大于探险头横截面貌一新100倍以上的气流。
1、测量平均流动的速度和方向。
2、测量来流的脉动速度及其频谱。
3、测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。
4、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）。
5、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。
除此以外还开发出许多专业用途。
①风杯风速计
它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。三个互成度固定在架上的抛物形或半球形的空杯都顺一面，整个架子连同风杯装在
一个可以自由转动的轴上。在风力的作用下风杯绕轴旋转，其转速正比于风速。转速可以
用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。
②螺旋桨式风速计
它是一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转的风速计。螺旋桨装在一个风标的前部，使其旋
转平面始终正对风的来向，它的转速正比于风速。
③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。热线风速计分
旁热式和直热式两种。旁热式的热线一般为锰铜丝，其电阻温度系数近于零，它的表面另
置有测温元件。直热式的热线多为铂丝，在测量风速的同时可以直接测定热线本身的温度。热线风速计在小风速时灵敏度较高，适用于对小风速测量。它的时间常数只有百分之几秒，是大气湍流和农业气象测量的重要工具。
④声学风速表
在声波传播方向的风速分量将增加（或减低）声波传播速度，利用这种特性制作的声学风
速表可用来测量风速分量。声学风速表至少有两对感应元件，每对包括发声器和接收器各
一个。使两个发声器的声波传播方向相反，如果一组声波顺着风速分量传播，另一组恰好
逆风传播，则两个接收器收到声脉冲的时间差值将与风速分量成正比。如果同时在水平和
铅直方向各装上两对元件，就可以分别计算出水平风速、风向和铅直风速。由于超声波具
有抗干扰、方向性好的优点，声学风速表发射的声波频率多在超声波段。
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
风向风速测量实验 (一)实验目的 掌握风向风速测量方法及测量原理，学会使用数字风向风速表等测量仪器测定风向及风速。 (二)实验仪器设备及实验原理 1、实验仪器设备： 实验设备有HG-1低速风洞及测控系统、数字压力风速仪、数字风向风速表。图1为低速风洞，用于产生低速气流，图2为XDE I型数字风向风速表。 图1 HG-1低速风洞图2 数字风向风速表 HG-1低速风洞是一座回流式低速风洞（见图1），气流速度最高60m/s，试验段大小：700mm（宽）×700mm（高）。数字压力风速仪是用于测量气流总压、静压及压差和风速的多功能测试仪，该仪器必须和皮托管探头配套使用。数字风向风速表是手持式风向风速测试仪，由风向风速感应器和数据处理、显示仪表2部分组成。其技术指标如下： 风向： 测量范围: 0～360° 准确度: ±5° 分辨力: 3°. 起动风速: ≤0.5 m／s 风速： 测量范围: 0～60 m／s 准确度: ±(0.5＋0.03V) m／s V─实际风速 分辨力: 0.1 m／s 起动风速: ≤0.5 m／s 2、实验原理： 风向、风速传感器所感应的不同物理量，经过相应的电路，转换成标准的电压模拟量和数字量,然后由数据采集器CPU 按时序采集、计算,得出风向、风速的实时值，并实时显示。 2.1风向传感器 选用单叶式风向标(见图3)作为风向测定传感器，采用七位格雷码的编码方式进行光电转换，将轴角位移转换为数字信号，经采集器的CPU根据相应公式解算处理，得到相应的风向值。
图3 单叶式风向标风向传感器图4 三杯回转架式风速传感器 2.2 风速传感器 采用三杯回转架式风速传感器作为风速测定传感器（见图4），利用光电脉冲原理。风杯带动码盘转动,光敏元件受光照后输出脉冲,经采集器CPU根据相应的风速计算公式解算处理,获得相应风速值。 (三)实验方法与步骤 1、风洞运行，将风速调至10m/s左右。 2、把皮托管的总压测压软管及静压测压软管和数字压力风速仪对应接口连接。 3、将数字压力风速仪电源打开，按功能键使面板切换到压力和速度显示界面。 4、将皮托管安装在支架上，使总压管开孔方向与来流方向一致。 5、用数字压力风速仪测量试验段出口气流总压和风速。 6、将手持式数字风向风速表的数据采集、处理与显示部件与风速风向感应部件连接，并把感应部件伸到来流中，测定来流速度和来流方向。要求三个风杯处于同一水平面上。 7、改变风洞来流速度，重复5和6步骤测定第二组数据。 8、实验结束，关闭风洞。 9、室外有风时手持数字风向风速表到室外测定某处风向风速。 (四)实验数据处理 将实测数据记录在下表中： (五)思考题 1、比较数字压力风速仪和数字风向风速表测定的风速是否相同？为什么？
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。
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：
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
4、《风向和风速》练习 一、填空题： 1、风向是指风吹来的，也就是风向标箭头所指的。我们可以用个方位来描述风向，分别是（东、东南、南、西南、西、西北、北、东北）。 2、风向是指风的方向。由北向南吹来的是，由西南向东北吹来的是。当红旗飘向东南时，吹的是。 3、我们可以用（八个）方位来描述风向。 4、风向是指（风）吹来的方向，它可以用（风向标）来测量，风向标箭头所指的方向就是（风向）。北风是由（北）向（南）吹来的风。当红旗向西方飘时，吹的是（东）风。 5、风向是指风吹来的方向。风向可以用风向标来测量。风向标的箭头指向风吹来的方向。如指向标的箭头指向西北，就是西北风。 6、风向是指。如北风是由向吹来的。气象学家用_________（风向标风速仪）测风向。 7、风向是指风______的方向。从东南方向吹来的风是______风。 8、风向标的方向是指向西方向，那么风向是吹风。用飘动的旗子来判断风向，发现旗子向东南方向飘动，那么这天的风向是风。 9、如果风向标的箭头指向东说明刮风，如果红旗飘向东说明刮风。东南风是由向吹的风。 10、用红领巾来判断风向，发现红领巾向东南方向飘动，那么这时的风向是______风。 11、在操场上的北边，一张纸条被风吹着一直往南跑。根据这一情况，我们可以判定这时的风向是。 12、风向标是的仪器，箭头指向。 13、测量风向的仪器叫，北风是刮向方向的风。 15、风速是以风每秒行进多少米来计算的。风速仪是测量风速的仪器。气象学家把风速记为 13个等级。在我们的天气日历中可以用简化的风速等级来划分风速。 16、（风的速度）是以风每秒行进多少米来计算的。（风速仪）是测量风速的仪器。气象学家把风速记为（13）个等级。
第四课风向和风速 【教学目标】 科学概念： 风可以通过自然界中事物的变化来感知，可以用风向和风速来描述。 过程与方法： 自制建议风向标和小风旗。用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法纪录观察结果。 情感、态度、价值观： 感受到使用简单工具能对天气观察活动提供很大的帮助。进一步提高观察天气现象的兴趣和好奇心。 【教学重点】能描述风向和风速 【教学难点】用自制的风向标和小风旗测量风向和风速，并使用适当的方法纪录观察结果。 【教学准备】分组材料：制作风向标的材料；制作小风旗的材料。 【教学过程】 一、导入 师：你们觉得风是什么？能听到，看到风吗？能用能想到的描述风的词语来描述风吗？ 二、探究内容： （一）风向和风向标 1、出示风向图，简单介绍 简单介绍，风向是指风吹来的方向，可以用八个方位来描述风向。 2、你能通过风水动旗面的情况来辨别风向吗？简单练习。 小结：风向可以用风向标来测量，风向标的箭头指向的是风吹来的方向。 3、制作风向标，并测量风向 （1）出示自制风向标。介绍制作方法 （2）小组讨论：风向标的使用方法 （3）问：我们如何将风向结果添加到当天的天气日历上呢？ （4）我们还可以用哪些方法确定方位和测量风向？ （二）风速和风速等级 1、问：风向可以用风向标进行测量，那么风速也可以测量吗？ 2、介绍科学家利用风速仪测量风速，熟悉“蒲福风力等级”表。我们制作小风旗来测量。 3、分组制作小风旗，研究使用方法 （三）实地观察 1、测量风向和风速 2、记录到天气日历中 教学反思：“风向和风力”一课室内外结合学习。我们的实验室楼就在大操场边，实验室就在底楼，这为我们的室外观察提供了方便。我带学生到气象站，明确方位，利用风向标看风向，到气象室观察风向风速仪，像科学家那样去观察；再带学生到操场，看国旗认风向和风力；用身体、用红领巾感受风向风力。学习用简化的风力等级描述风力。感受风向和风力的观测可以因地制宜，有不同的方法，
原创-一文读懂风向风速传感器(必须收藏)
原创一文读懂风向风速传感器（必须收藏） 如何测量风速和风向，其实在古代很早就已经出现，著名的诸葛亮借东风火烧壁，就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识，从而取得了军事的重大胜利。 作为一种对天气测量的设备，用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用，下面我们就看看这两种设备。风向传感器风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。通常风向传感器主体都采用风向标的机械结构，当风吹向风向标的尾部的尾翼的时候，风向标的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性，同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类：电磁式风向传感器：利用电磁原理设计，由于原理种类较多，所以结构与有所不同，目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件，其测量精度得到了进一步的提高。光电式风向传感器：这种风向传感器采用绝对式格雷码盘作为基本元件，并且使用了特殊定制的编码编码，以光电信号转换原理，可以准确的输出相对应的风向信息。 电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的
结构，将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°，当风向标产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。风速传感器风速传感器是一种可以连续测量风速和风量（风量=风速x横截面积）大小的常见传感器。风速传感器大体上分为机械式（主要有螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风式风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。螺旋桨式风速传感器工作原理我们知道电扇由电动机带动 风扇叶片旋转，在叶片前后产生一个压力差，推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反，对准气流的叶片系统受到风压的作用，产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一组三叶或四叶螺旋桨绕水平 轴旋转来测量风速，螺旋桨一般装在一个风标的前部，使其旋转平面始终正对风的来向，它的转速正比于风速。风杯式风速传感器工作原理风杯式风速传感器，是一种十分常见的风速传感器，最早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯
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。
风向与风速 使用范围：义务教育课程标准实验教科书《科学》四年级上册第一单元第四课 ●教材分析及设计意图： 本课是第一单元第四课。风的观测对学生来说有一定的难度，因为我们无法看到风，只能借助其他事物来感受风的变化。本课分为两部分。 第一部分：风向和风向标。对有些学生来说，确定风向是困难的事，他们不清楚该是把风吹来的方向确定为风向，还是把风吹去的方向确定为风向。教科书对此进行了详细的指导。需要指导学生明确：风向指的是风吹来的方向，风向可以用八个方位描述。风向可以用风向标来测量。还可以用简易办法测量风向，比如红旗飘动方向，树枝摇动方向等。 第二部分：风速和风速等级与怎样描述风速。风的速度是以每秒风行进多少米来计算的。风速仪是测量风速的仪器。气象学家把风速记为13个等级，即“蒲福风力等级”。而蒲福风力等级比较复杂，小学四年级学生难以把握和区分。所以采用观察吹动红旗的状态来估计风速，把风速分为无风，微风和大风三个等级，并以此记录在“天气日历”中。 由于四年级学生思维处于感性认识阶段，所以本课通过形象的课件图片和学生亲身制作一些直观的教具让学生更容易接受抽象的“风”。同时本单元第二课中要求在这一个月中观察记录“天气日历”，而作为四年级学生还不能够做到长期坚持观察天气，记录“天气日历”，所以在课堂中要适当引导并提示学生观察记录风向和风速，培养学生养成坚持做观察记录的习惯。 本课教材内容安排偏多，建议用两课时完成。或者将制作风旗作为课前准备性作业，以利于学生有更充分的时间进行风向标制作、风向和风速测量的自主探究活动。 ●教学目标： 1.科学概念： 风可以通过自然界中事物的变化来感知，可以用风向和风速来描述。 2.过程与方法：
基于单片机的风速风向检测系统设计 时间：2011-03-01 16:46:08 来源：电源技术应用作者： 摘要:介绍了一种风速风向传感器原理,选用LPC921单片机设计了数据采集和数据传输的检测系统,给出了系统硬件电路图和软件流程图,分析了硬件设计和软件编程中的一些问题。 1 引言 风速风向测量是气象监测的重要组成部分, 测量风速风向对人类更好地研究及利用风能和改善生活生产有积极的影响。 本系统针对传感器的特点选用了LPC921 单片机,通过I/O 口输出高低电平,通过放大电路驱动继电器,控制传感器电源的开关。利用单片机的两个通用定时计数器, 对风速脉冲进行定时和计数, 通过计算单位时间内的脉冲数计算出风速。风向则是检测输入的风向格雷码, 将格雷码转换成二进制码, 通过查表的方式求出风向角度, 最终确定风向。最后设计RS485 通信协议,保证通信可靠性, 将风速风向数据送往上位机进行显示和发布。 2 传感器工作原理 本系统采用长春气象仪器研究所的EC9 -1 系列高收稿日期:2010-03-05动态性能测风传感器。EC9 - 1 系列传感器具有动态性能好、线性精度高、灵敏度高、测量范围宽、互换性好、抗风强度大等特点。 风速传感器的感应组件为三杯式风杯组件, 当风速大于0.4m/s 时就产生旋转, 信号变换电路为霍尔集成电路。在水平风力驱动下风杯组旋转, 通过主轴带动磁棒盘旋转, 其上的数十只小磁体形成若干个旋转的磁场, 通过霍尔磁敏元件感应出脉冲信号, 其频率随风速的增大而线性增加。 计算公式:V=0.1F。 V:风速,单位:m/s; F:脉冲频率,单位:Hz风向传感器的感应组件为前端装有辅助标板的单板式风向标。角度变换采用的是七位格雷码光电码盘。 当风向标随风旋转时, 通过主轴带动码盘旋转, 每转动2.8125°,位于码盘上下两侧的七组发光与接收光电器件就会产生一组新的七位并行格雷码,经过整形、倒相后输出。方位- 角度- 格雷码- 二进制码对照表是风向测量单片机编程的重要依据。传感器结构组成如图1 所示。
https://www.doczj.com/doc/4a14848952.html,/ FM-D多点风速风向监测系统 FM-D多点风速风向监测系统简述： 多通道风速风向监测系统，由多通道风速风向监测记录仪、高性能的风速风向传感器、信息化的软件等组成，与计算机配合使用，外接多路风速风向传感器，用于观测记录不同位置的风速量，具有测试精度高、人机界面友好、人工干预少、交直流电共有等特点，使用方便，广泛适用于气象监测、风能资源考察、环保、生态、农林研究、高层建筑等诸多领域。 FM-D多点风速风向监测系统技术参数： .风速测量范围：0-30m 0-60m(可选) .测量精度：±3% .分辨率： 0.1m/s .启动风速：0.4-0.7m/s .测量通道：(1-32可选) .风向测量范围：0-360°全方位 16方位 .测量精度：±3% .分辨率： 0.1m/s .启动风速：0.4-0.7m/s .测量通道：(1-16路) .工作环境温度：-20~85℃(常用) .存储容量：30万 .有线通讯方式：RS232/RS485(可选) .无线通讯方式：GPRS(可选)
https://www.doczj.com/doc/4a14848952.html,/ .采集间隔：1分-24小时任意设定 .数据更新时间：10秒 .供电方式：220V 太阳能蓄电池(可选) FM-D多通道风速、风向记录仪监测系统可选传感器： 环境温度传感器、环境湿度传感器、降雨量传感器、大气压力传感器等。 FM-D多点风速风向监测系统突出性能： 多通通道风速、风向监测系统，具有实时显示各路风速风向数据功能，每隔10秒数据 自动更新一次，监测系统具有数据自动存储(存储时间可以设定)，具有数据分析功能，连接 计算机随时可以把数据导出到电脑上，存储为EXCEL表格形式，与打印机相连自动打印存储数据，可供其它软件调用。 .采用汉字液晶数据显示，人机界面友好界面，具有设定参数掉电保护和风速风向历史数据掉电保护功能，性能稳定、可靠性高。通讯方式多样化，数据采集仪与计算机之间的通讯 方式有有线和GPRS无线通讯两种方式可供客户选择。该风速风向仪技术先进，测量精度高，数据存储容量大，传输距离远，可靠性高。 .系统采市电、太阳能、蓄电池双供电方式，在没有交流电现场由充电电池供电，同时可配接太阳能电池板对蓄电池充电，保证系统在无电地区常年稳定工作。 FM-D多点风速风向监测系统适用范围： 多通道风速、风向监测系统广泛应用在气象监测、建筑机械、铁路、港口、码头、电厂、索道、环境、温室、养殖、风能资源考察、环保、生态、农林研究、高层建筑等诸多领域。
测量风速的方法 20101308017
移，常以米/秒、公里/小时、海里/小时表示。1805年英国人F·蒲福根据风对地面（或海面）物体的影响，提出风力等级表，几经修改后得下表。目测风时，根据风力等级表中各级风的特征，即可估计出相应的风速。 蒲福风力等级表
32.7 118 64 （1）风向测量仪器：风向标是一种应用最广泛的测量风向仪器的主要部件，由水平指向杆、尾翼和旋转轴组成。在风的作用下，尾翼产生旋转力矩使风向标转动，并不断调整指
向杆指示风向。风向标感应的风向必须传递到地面的指示仪表上，以触点式最为简单，风向标带动触点，接通代表风向的灯泡或记录笔电磁铁，作出风向的指示或记录，但它的分辨只能做到一个方位（22.5°）。精确的方法有自整角机和光电码盘。 （2）风速测量仪器：a）风杯风速表是应用最广泛的一种风速表，由三个（或四个）半球形或抛物形空杯，都顺一面均匀分布在一水平支架上，支架与转轴相连。在风力作用下，风杯绕转轴旋转，其转速正比于风速。转速可以用电触点、测速发电机、齿轮或光电
风速计其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝 称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。根据强迫对流热交换理论，可导出热线散失的热量Q与流体的速度v之间存在关系式。标准的热线探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝组成，如图2.1所示。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； 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）
超声波风速风向仪设计 1.研究背景及意义 风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。 2.国内外研究历史及发展状况 超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。 从国内、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。我国的超声波流量
风速风向仪操作说明书 风速风向仪是专为各种大型机械设备研制开发的大型智能风速传感报警设备，其内部采用了先进的微处理器作为控制，外围采用 了先进的数字通讯技术。系统稳定性高、抗干扰能力强，检测 高，风杯采用特殊材料制成，机械强度高、抗风能力强，显示器机 箱设计新颖独特，坚固耐用，安装使用方便。所有的电接口均符合 国际标准。 风速风向仪由风速风向监控仪表、风速传感器、风向传感器、连接 线缆组成，安装便捷且免调试。风速风向仪具有技术先进，测量精 度高，数据容量大，遥测距离远，人机界面友好，可靠性高的优点 ，广泛用于气象、海洋、环境、机场、港口、工农业及交通等领域 工作原理： 风速传感器的感应元件是三杯风组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转 时，过轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。 风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时，通过轴带动码盘在光电组件缝隙中的转动，产生的光电信号对 应当时风向的格雷码输出。传感器的变换器可采用精密导电塑料电 位器，从而在电位器活动端产生变化的电压信号输出。风速风向 仪 风速风向仪的组成: 风速风向仪风速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、平均风级和对应浪高等参数。它带有数据锁 存功能，便于读数。风向部分采用了自动指北装置，测量时无需人 工对北，简化测量操作。本仪器为精密仪器，配备铝合金手提 仪器箱（外形：300*200*160），为仪器提供良好保护，同时便于携带。本仪器体积小，重量轻，功能全，可广泛用于农林、环保、海洋、科学考察等领域测量大气的风参数. 1、风向部分：由风向标、 风向度盘（磁罗盘）等组成，风向示值由风向指针在风向度盘上的
学生实验报告 实验课程名称：风管风压、风速、风量测定 开课实验室：建筑设备与环境工程实验研究中心 学院年级专业、班级 学生姓名学号 开课时间至学年第学期
风管中风压、风速、风量的测定 一.实验目的及任务 风管/水管内压力、流速、流量量的测定是建筑环境与设备工程专业学生应该掌握的基本技能之一。通过本实验要求： 1) 掌握用毕托管及微压计测定风管中流动参数的方法。 2) 学会应用工程中常见的测定风管中流量的仪表。 3) 将同一工况下的各种流量测定方法的结果进行比较、分析。 4) 学习管网阻力平衡调节的方法 二:测定原理及装置 系统的测试拟采用毕托管和微压计测压法进行。 1- 集流器 2-静压环 3-整流器 4-风量测定仪 5电加热器 6流行测压器 7-热电偶 8-均衡器 9-压力测量器 10-实验试件 11-调节阀 12- 风机 13-电机 图1：管道内风速测量装置 三:实验测试装置及仪器 1) 毕托管加微压计测压法测试原理 测试过程中，首先选定管内气流比较平稳的断面作为测定界面，为了测断面的静压、全压，经断面划分为若干个等面积圆环或小矩形（本实验为获取较高精度的测试结果，将等面积小矩形设定为100x100mm ）,然后用毕托管和微压计测得断面上个测点的静压和风管中心的全压，并计算平均动压P jp 、平均全压P qp ，由此计算P dp 及管中风量L ： 静压的测量平均值：j1j2jn j p p p p P n ++???= ； 全压的测量平均值q1q2qn q p p p p P n ++???=
qp jp dp P P P =+ 管内平均流速：dp V = = 风管总风量：P L F V =? 式中：n-----------断面上测点数 F ——— 断面面积㎡ 适用毕托管及微压计测量管内风量是基本方法，精度较高。本测定装置多功能实验装置，除可测定风管内气流的压力、流速及流量外，还设有电加热器、换热器来测定换热量、空气阻力等。 2) 毕托管、微压计测压适用方法 1- 准备好毕托管、微压计和连接胶管，并对微压计进行水平校正和倾斜管中的液 面凋零。 2- 选择好测量位置，并在风管壁上打测量孔。 3- 判断测量位置处的风管是正压还是负压。正压是指管内静压大于管外大气压， 测量孔有气流流出;负压是指管内静压小于管外大气压，在测量孔处有空气流人。风机吸入段的风管一般为负压管路，而风机压出段为正压管路。 ①正压管路的连接方法: a.测全压:用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计容器侧的接口相连，微 压计的倾斜管接口与大气相通。 b.测静压:用橡胶管将毕托管的静压接口与微压计容器侧的接口相连，微压计的倾斜管接口与大气相通。 c.测动压:用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计容器侧的接口相连，毕托管的静压接口与微压计的倾斜管接口相连。 ②负压管路的连接方法: a.测全压:用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计的倾斜管接口相连，微压汁的容器侧的接口与大气相通。 b.测静压:用橡胶管将毕托管的静压接口与微压计的倾斜管接口相连，微压计容器侧的接口与大气相通。 c.测动压:用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计容器侧的接口相连，毕托管的静压接口与微压计的倾斜管接口相连。 4- 根据风管的性质，连接毕托管和微压计 3) 热球风速仪原理及使用方法 热球式风速仪以测量风速为基本功能。其测定范围为0.05～10m/s 这是一种便携式、智能化、多功能的低风速测量基本仪表。风速仪是由热球式测杆探和测量仪表两部分组成。探头有一个直径0.6mm 的玻璃球，球内绕有加热玻璃球用的镍铬丝圈和两个串联的热电偶。热电偶的冷端连接在磷铜质的支柱上，直接暴露在气流中。当一定大小的电
建筑风向实验报告 实验目的: 通过测量建筑物周边环境及建筑内部的风场,分析建筑的周围环境和建筑的构造对风环境产生的影响，分析建筑的风场分布，找出与其相关的因素，并研究如何控制这些因素和人的舒适度。 实验原理 控制风的流动原理有三个：一是地表的粗糙程度；二是流体自身的惯性，风遇到障碍物会绕过它继续向前流动；三是空气从气压高的区域流向低的区域。 风遇到建筑是并不是均匀的速度穿过或绕过建筑体，而是会发生文丘效应：建筑的迎风面会产生风速较高的高压区，而建筑的背风面产生一个风速较低的低压区，并且风在建筑两侧、顶部和穿过的建筑间隙会被挤压而加速。总体来说，影响建筑的风场分布有主体因素和环境因素。环境因素包括地理位置和周边建筑环境。建筑的地理位置是影响建筑风场分布的主要因素。 实验对象: 广东工业大学东风路校区七号教学楼 七号楼位于教学区比较中心的位置，也是海拔最高的点，北面面对图书馆，南边正对学校大门，并且有一个较大的休息广场，西边是4号教学楼，与4号教学楼之间有一个比较重要的通风口，冬面与篮球场相接。七号楼底层全部架空，在底层有较多的高低灌木和绿篱，对风场的分布起到较重要的作用。 实验器材：手持式微风测试仪、丝带一条 实验内容:1、对七号楼周边环境的风速大小和风向进行测试。 (1)根据七号楼周边环境，在同一天的早中晚三个时间段，选择五处具有代表性的地点进行测量。选择测绘点如下 A.七号楼正广场 B七号楼东南向 C四号楼旁边斜坡 D七号楼与图书馆之间 E篮球场区域 图书馆 七号楼 (2)测试步骤：测风人员手持微风测试仪和一条丝 带，每间隔1分钟读一次数，即根据丝带飘动的方向记 录风速跟风向。测量结果如下：