滨江学院
毕业论文（设计）题目基于单片机控制的风速风向的测量
院系滨江自动控制系
专业测控技术与仪器
学生姓名叶成龙
学号20072341035
指导教师庄伟
职称讲师
二Ｏ一一年五月三十日
目录
摘要 ............................................................................................................................................................................... - 3 -第1章绪论 ................................................................................................................................................................. - 3 -
1.1问题的提出 (3)
1.2国内外的发展动态 (4)
1.3研究的内容 (4)
1.4研究内容 (4)
1.4.1 风速测量方法........................................................................................................................................... - 5 -
1.4.2 风向测量方法........................................................................................................................................... - 6 -第2章系统整体硬件电路分析设计 ......................................................................................................................... - 7 -
2.1单片机部分 (7)
2.1.1 单片机型号............................................................................................................................................... - 7 -
2.1.2 硬件系统的主电路设计 ........................................................................................................................... - 8 -
2.2风速测量的设计 (11)
2.2.1 风速传感器.............................................................................................................................................. - 11 -
2.2.2 信号放大部分.......................................................................................................................................... - 11 -
2.2.3 AD转化器工作原理 ................................................................................................................................ - 13 -
2.2.4 显示部分................................................................................................................................................. - 15 -
2.3风向测量的设计 (16)
第3章软件系统的设计 ........................................................................................................................................... - 20 -
3.1风速软件设计 (21)
3.2风速部分程序 (22)
3.3风向软件设计 (24)
3.4风向部分程序 (25)
第4章硬件电路图与仿真设计 ............................................................................................................................... - 26 -
4.1硬件电路图设计工具与仿真工具 (26)
4.1.1 硬件电路图原理图设计工具 ................................................................................................................. - 26 -
4.1.2 硬件电路仿真工具 ................................................................................................................................. - 26 -
4.2硬件电路设计 (27)
4.3电路仿真设计 (28)
4.3.1 风速测量仿真......................................................................................................................................... - 28 -
4.3.2 风向测量仿真......................................................................................................................................... - 29 -
4.3.3 仿真分析................................................................................................................................................. - 30 -第5章系统的调试 ................................................................................................................................................... - 31 -
5.1硬件调试 (31)
5.2软件调试 (31)
参考文献 ..................................................................................................................................................................... - 32 -
附录 ............................................................................................................................................................................. - 33 -
风速程序： (33)
风向程序： (38)
致谢： ......................................................................................................................................................................... - 41 -ABSTRACT ............................................................................................................................................................... - 42 -
基于单片机控制的风速风向的测量
叶成龙
南京信息工程大学滨江学院测控技术与仪器专业，南京 210044
摘要
人类社会发展的历史与能源的开发和利用水平密切相关，每一次新型能源的开发都使人类经济的发展产生一次飞跃。在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。
本文介绍了用AT89S52系列单片机设计监测风速风向的数据采集处理系统以及显示模块。对于风速该系统采用单片机技术。压力传感器采集的数据交给单片机处理，再由液晶显示屏显示测量的风速值。对于风向该系统利用编码器在0-360°范围内进行测量收集信号，在多圈旋转的情况下能够实现单圈自动归零，通过单片机进行格雷码转化处理，测量风向通过数码管显示。软件部分的设计采用模块编程，方便今后的维护和改进。
关键词：风向风速单片机传感器
第1章绪论
1.1 问题的提出
风是农业生产的环境因子之一。风速适度对改善农田环境起着重要作用。风对农业也会产生消极作用。它能传播病原体，蔓延植物病害。高空风是粘虫、稻飞虱、稻纵卷叶螟、飞蝗等害虫长距离迁飞的气象条件。大风使叶片机械擦伤、作物倒伏、树木断折、落花落果而影响产量。大风还造成土壤风蚀、沙丘移动，而毁坏农田。在干旱地区盲目垦荒，风将导致土地沙漠化。牧区的大风和暴风雪可吹散畜群，加重冻害。地方性风的某些特殊性质，也常造成风害。由海上吹来含盐分较多的海潮风，高温低温的焚风和干热风，都严重影响果树的开花、座果和谷类作物的灌浆。防御风害，多采用培育矮化、抗倒伏、耐摩擦的抗风品种。营造防风林，设置风障等更是有效的防风方法。所以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。
我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，风力发电是很有前途的。尤其是目前能源紧张，风力发电成为新潮发电方式的情况下，对风速风向的测量和控制尤为重要。所以研究风的变化意义巨大。
1.2 国内外的发展动态
风是大自然普遍存在的，而风这一定义的出现以及开始进行测量则是有很久的历史，在奴隶社会初期，我国的人们就开始进行简单的测量以及判断，只是那个时候的测量方法是通过旗帜来判断的，一旗帜飘扬的方向以及平率来进行判断风向风速，这种方法只能进行简单的判断，而在东汉的进一步发展将风向风速的测量有一定的发展，但是在进行测量的时候依旧是只能进行判断，而无法得出准确的值,但是现在使用传感器来进行测量就能够了解到某一时刻的准确的风向风速，同时还能进行计算某一段的风向风速的平均值。目前，在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，都大量地采用了各种各样的传感器，它们在合理化地进行生产，减轻人们的劳动强度，避免有害的作业发挥了巨大的作用。在军事国防领域，各种侦测设备，红外夜视探测，雷达跟踪、武器的精确制导，没有传感器是难以实现的。在航空航天领域，空中管制、导航、飞机的飞行管理和自动驾驶，仪表着陆盲降系统，都需要传感器。人造卫星的遥感遥测都与传感器紧密相关。没有传感器，要实现这样的功能那是不可能的。国内外使用的传感器及其部件大多以机械的为主，此类传感器一般是体积大，测量精度不高，响应时间长，灵敏度低，价格昂贵。而且，它们的电路复杂，占用面积大。为了使传感器的测量精度，稳定性和可靠性都较高，同时避免繁琐的机械传动，传感器的研究方向已经向着小型化，低功耗，集成化，智能化方向发展。
1.3 研究的内容
风速风向是经常需要采集的一个参数，由于机械式的风速传感器响应时间比较长，体积大，而且价格比较贵，要实现在一个不是很广阔的地方测量风速就会比较难，所以本课题研究的是设计一个小型的测量系统，此测量风速系统要电路简单，精度高，体积小，成本低，容易实现。
风速风向系统的功能主要是能对当前的风速风向进行测量并在显示器件上显示，而且测量系统要求具有一定的精度，在断电及其他影响情况下仍能准确的工作，尤其是风向测量部分，要求具有断电保护或者记忆功能，能够时刻反应风向情况。本课题研究的是设计一个小型的测量系统，此测量系统电路简单，精度高，体积小，成本低，容易实现。对于风速在0－80m/s的范围内，在单片机的控制下，采用合适的测量方法对电压的变化进行测量，同时要求风速的测量达到一定的精度，误差不超过5%并且对风速进行显示。对于风向在0-360°范围内进行测量，在多圈旋转的情况下能够实现单圈自动归零，单片机处理测量风向能够显示并且达到一定的精度。
1.4 研究内容
早期的测量系统无论是结构上还是测量方法上都比较简单，大多数情况下就是使用一些简单的仪表，完全由人来进行转速测量，整个系统的成本较低，但可靠性不高，实现的功能单一。随着电子技术、计算机技术、现代控制技术等技术的迅猛发展，测速系统得到了不断的发展与完善，功能更强大。传感器的种类越来越多。全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。
1.4.1 风速测量方法
（1）风杯式风速计：
它是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国 J.T.R.鲁宾孙发明(1846)，当时是四杯,后来改用三杯。三个互成120 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。当风杯转动时，通过主轴带动多齿转盘旋转，使下面光敏三极管接收上面发光二极管照射下来的光线，处于导通或截止状态，形成与风杯转速成正比的频率信号，通过计数器计数，换算后得到实际风速值。
（2）热敏式风速计：
基于热原理的硅风速传感器，在流体中存在一个热源，通过测量热源周围的温度场分布或热源的热损失，来得到关于流体的信息。硅的热流量传感器有三种工作原理分别为热损失型风速传感器，热温差型风速传感器以及热脉冲型风速传感器热损失型风速传感器一般含有一个单元，其同时作为加热单元和测温单元，热损失型风速传感器测量单个加热单元的总的热损失量。因为大多数材料的电阻率随温度而变化，所以，可以通过测量电阻的变化反映风速的大小。热损失型风速传感器可以工作在恒功率和恒温差两种工作方式。在恒功率下，通过测量加热单元的温度而得到风速大小，恒功率的反应时间取决于加热单元的热电容和传热速率。
热温差型一般含有一个加热单元和两个对称的测温单元，当加热表面被不一致的冷却时，对称测温单元能测量对称点的温度，其温度差和风速成一定的函数关系，同时温差的正负符号反映风向的信息；热脉冲型则通过测量脉冲在流体中传输速度反映流体的速度。热线风速计在小风速时灵敏度较高，适用于对小风速测量。
（3）皮托管式风速计：
标准皮托管是一根弯成直角的金属细管,它由感测头、外管、内管、管柱与全压、静压引出导管等组成。在皮托管头部的顶端,迎着来流开有一个小孔,小孔平面与流体流动方向垂直。在皮托管头部靠下游的地方,环绕管壁的外侧又开了多个小孔,流体流动的方向与这些小孔的孔面相切。顶端的小孔与侧面的小孔分别与两条互不相通的管路相连。进入皮托管顶端小孔的气流压力(称为全压) ,除了流体本身的静压,还含有流体滞止后由动能转变来的那部分压力,而进入皮托管侧面小孔的气流压力仅仅是流体的静压,根据全压和静压即可求出动压,从而求出流体的流速。
（4）超声波式风速计：
当超声波在空气中传播时，受到风速的影响，顺风和逆风情况下存在一个时间差，基于这个原理可制成的时差法超声波风速测量仪表。采用超声波进行气体流速测量可以采用三种形式时差法、多普勒法和涡街风速测量。
时差法是根据超声波信号顺流传播时间和逆流传播时间之差来计算流速的，最早应用于超声波流量计，它适用于大、中口径管道及敞开水道流量的测量，此法受温度影响比较大。多普勒法适用于不洁净流体的测量，而涡街法适用于管道流体流速的测量。
（5）压力式风速计:
当风在传播过程中，对阻碍它前进的物体会有一个压力，利用风对阻碍它传播而产生的压力可以制成一个压力传感器。压力传感器把风对它的压力转换成电信号，根据电信号的大小来求出风速的大小。(6)光电式风速计:
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是
目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。当风在传播时，风速带动电动机旋转，光电码盘与电动机同轴，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速，从而求出风速值。
1.4.2 风向测量方法
风向传感器：
风向传感器的感应组件为前端有辅助标版的单板式风向标。本设计角度变化采用四位格雷码光电码盘。当风向标随风旋转时，通过主轴带动码盘旋转，没转动一定度数，位于码盘上下两侧的四组发光与接收光电器件就会产生一组新的四位并行格雷码，进过整形、倒相后输出。方位-角度-格雷码-二进制码对照表时风向测量单片机编程的重要依据。
第2章 系统整体硬件电路分析设计
风速风向测量的硬件系统包括单片机系统，测风速部分，测风向部分以及显示部分，风速风向的硬件系统框图如图2.1：
电源电路风向采集电路
风速采集电路复位电路
晶振电路显示电路
图2.1硬件系统框图
2.1 单片机部分
2.1.1 单片机型号
单片机是此系统的核心部件之一，因此单片机的选取影响整个系统的性能和系统的设计成本。单片机的选型直接影响着系统的反应速度，功耗，系统的复杂程度以及系统的成本。如果系统结构复杂，计算量大，工作任务繁重就要考虑用高级一点的单片机，像16位的单片机。在这里系统的任务量小，处理的数据不是很复杂，对内存要求不高，所以选Atmel 公司的AT89S52单片机。ATMEL 公司融入Flash 存储器技术推出的AT89系列单片机的最大特点就是在片内含有FLASH 存储器，并且是以8031为核心构成的。所以，它和8051系列单片机是兼容的。
AT89S52主要性能：
●8KB 可改编程序Flash 存储器（可经受1000次的写入/擦除）。 ●全静态工作：0Hz ～33MHz 。 ●3级加密程序存储器。 ●256字节内部RAM 。 ●32条可编程I/O 线。 ●3个16位定时器/计数器。 ●8个中断源。
●全双工UART 串行通道。 ●低功耗空闲和掉电模式 ●掉电后中断可唤醒 ●看门狗定时器 ●双数据指针 ●掉电标识符
对于双列直插封转方式的AT89S52，其引脚排列如图2.2所示:
AT89S52
图2.2 单片机电路
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
2.1.2 硬件系统的主电路设计
风速风向系统的主电路设计主要有（1）系统时钟电路设计；（2）系统复位电路设计；（3）电源电路设计；
系统时钟电路设计
系统时钟电路的设计如图2.3，于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振，并稳定运行，但由于图中的C1、C2电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在实际应用中一定要注意正确选择参数，一般在5～30pF。系统时钟电路如图2.3所示：
C1
30pf
G N D
图2.3 系统时钟电路
系统复位电路设计
智能系统一般有开关复位和上电复位电路。复位电路的实现通常有两种方式：即专用监控电路和RC 复位电路。前者电路实现简单，成本低，但复位可靠性相对较低；后者成本较高，复位可靠性高，尤其是高可靠重复复位。对于复位要求高的场合，大多采用这种方式。
本系统采用的是RC 复位电路。RC 复位电路的实质是一阶充放电电路，现结合图3-1所示，说明这种复位电路的特点。系统按键按下时该电路提供有效的复位信号RST （高电平），同时电容被短路放电；按键松开时，VCC 对电容充电，充电电流在电阻上，RST 依然为高电平，仍然复位，充电完成后，电容相当于开路，RST 为低电平，正常工作。单片机复位电路如图2.4所示：
图2.4 RC 复位电路
电源电路的设计
在整个单片机系统中，电源的设计是需要首先考虑，这决定了系统式采用是单电源方案还是多电源方案，系统的功耗有无特殊规定等。不同的电源方案决定了整个系统的方案和器件选择。
单片机的电源设计包含3个内容，一方面是如何降低电源的功耗;二是如何设计外围电路和单片机对不同电源电压的需要，即电源分配方案的选择；三是如何对电源进行管理和监控。
设计电源首先要解决供电电流，估计供电电源的寿命，确定系统的电源结构。系统的总电流包括器件电流，分立元件电流和漏电流等，消耗电流I的计算公式为Ｉ＝Ｖ*Ｃ*f(V为电压，C为电容，f为频率)电流的大小主要取决于系统的硬件情况，包括元件耗电，漏电等。
本文的电源设计除主要考虑到系统的供电外还考虑到电源的方便性，所以本文采用的是市电供电方式，解决了电池供电的麻烦，但是市电所带来的问题主要有电压过高且不稳定，市电是交流电，没办法直接使用，所以本文设计了专用的电源电路，原理如图2.5：
图2.5 电源设计原理图
为了给系统提供可靠的电流，变压器选用220V-12V-2A的变压器，整流采用二极管全桥整流方式，将负向电流整合成正向，为了整流安全，二极管中流过的最大电流应大于流过的平均电流，二极管的反向电压峰值应比二极管在电路中承受的最高反向电压大一倍左右，因此可以选用2C12D二极管。滤波电路的电容器较大，所以一般采用电解电容器，其具有极性，选择时还要考虑耐压。
为了给电路提供一个稳定的电流这里选用国家半导体开发出来的比较成熟的一种线性半导体器件7805，该芯片为正稳压电路,TO220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广，内含过热，过流,过载保护电路。芯片完成对电源的稳压，本文采用了7805芯片，输出的电压均能满足系统的需要。
7805主要特点：
（1）输出电流可达1A
（2）输出电压:+ 5V
（3）过热保护
（4）短路保护
电源电路如图2.6所示：
220V
图2.6 电源电路图
2.2 风速测量的设计 2.2.1 风速传感器
由于风的压力是小于2KP 的，所以要选用一个微压传感器，这里选用美国的SMI 系列硅微压传感器SM5551-001-D 。
硅微压传感器是当今传感器发展的前沿技术，硅半导体传感器因其体积小、重量轻、成本低、性能好、易集成等优点得到广泛的应用。能敏感微小被测量，可制成血压压力传感器。SMI 硅微压传感器是价位低、线性度在0.1%到0.65%范围内的硅微压力传感器，最低满量程0.15psi(1KPa)被列为超低压力测量范围。其以硅为材料制成，具有独特的三维结构，采用轻细微机械加工和多次蚀刻制成惠斯通电桥于硅膜片上，当硅片上方受力时产生变形，电阻产生压阻效应而失去电桥平衡，输出与压力成比例的电信号。
SM5551-001-D 压力传感器是一种将压力转换成电流/电压的器件，可用于测量压力、位移等物理量。此压力传感器的量程是2KP ，输入电压是5V ，最大电压时10V ，最大输出电流是3mA 。它的输出电压是25mv 到75mv 。
SM5551-001-D 特性：
1）无需校准即能提供线性度优于1%的传感信号，因此是一种性能优越、集成化的单片硅器件。 2）使用了一套专门设计的软件由计算机对传感器作静态和动态仿真，并进一步计算压力传感器芯片的尺寸，使灵敏度和线性度满足预定要求。在生产方面，官方采用双板、CMOS 或EPROM 等成功的工艺，从而提高器件的可靠性、增加成品率并降低成本。 2.2.2 信号放大部分
放大器的选择好坏对提高测量精度也十分关键，这里我选用LM324。LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V -”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排
列见图2.7。
图2.7 LM324引脚图参数描述：
运放类型:低功率
放大器数目:4
带宽:1.2MHz
针脚数:14
工作温度范围:0°C to +70°C
封装类型:SOIC
3dB带宽增益乘积:1.2MHz
变化斜率:0.5V/μs
器件标号:324
器件标记:LM324AD
增益带宽:1.2MHz
工作温度最低:0°C
工作温度最高:70°C
放大器类型:低功耗
温度范围:商用
电源电压最大:32V
电源电压最小:3V
芯片标号:324
表面安装器件:表面安装
输入偏移电压最大:7mV
运放特点:高增益频率补偿运算
逻辑功能号:324
额定电源电压, +:15V
LM324的特点：
1.短路保护输出
2.真差动输入级
3.可单电源工作：3V-32V
2.2.3 AD转化器工作原理
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。串行AD转换器ADC0832的使用单片机控制系统中通常要用到AD转换，根据输出格式，常用的AD转换方式可分为并行AD和串行AD。并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。可是单片机I/O引脚本来就不多，使用串行器件可以节省I/O资源。ADC0832是８位逐次逼近模数转换器，可支持两个单端输入通道和一个差分输入通道。相同功能的器件还有ADC0834，ADC0838，ADC0831。所不同的是它们的输入通道数量不同。它们的通道选择和配置都是通过软件设置。ADC0832特点：
· 8位分辨率；
· 双通道A/D转换；
· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
· 5V电源供电时输入电压在0~5V之间；
· 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
· 一般功耗仅为15mW；
· 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C；
芯片接口说明：
· CS_ 片选使能，低电平芯片使能；
· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用；
· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；
· GND 芯片参考0 电位（地）；
· DI 数据信号输入，选择通道控制；
· DO 数据信号输出，转换数据输出；
· CLK 芯片时钟输入；
· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）；
ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。
单片机对ADC0832的控制原理：
正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，其功能项见图2.9：
图2.9 选择通道功能
当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。
作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是0~5V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。
图2.10 AD转化器接线示意图
2.2.4 显示部分
为了能够更加直观的看到测量的风速的大小，这里我们用液晶显示屏来显示测量的数值。这里我们选用的芯片是LM016L。
LM016L的特点是：
（1）显示容量:16×2个字符
（2）芯片工作电压:4.5—5.5V
（3）工作电流:2.0mA(5.0V)
（4）模块最佳工作电压:5.0V
（5）字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm
LCD
图2.11 液晶显示器接线图
LM016L的读写端口接的是单片机的P2.0和P2.1端口，使能端口接的是单片机的P2.2端口，显示器的数据输入端口D0到D7分别接单片机的P1.0到P1.7口。
2.3 风向测量的设计
测风向采用风带动风向标旋转并带动主轴，传感器测量采用各种方向传感器进行方向测量的一种方法，按其信号输出方式可以分为光电式，电阻式等，本文选用绝对式光电编码器，其输出的信号可以是BCD 码，可以直接被单片机接受，灵敏度也很高较之电阻式传感器使用更方便。而且绝对式编码器有一个零位参考点，风向要求单圈测量，范围在0-360°内，所以可以用零位参考点对每圈的测量结果进行复位，输出复位信号到单片机，即使断电或者其他原因引起测量滞后也没有影响，因为他的测量结果只与前后的位置有关。绝对式编码器的精度与它的位数有关，也就是他的输出信号线的多少，精度计算公式为F=360°/2*（其中*为位数），本文选用四位输出。
编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”，通过“1”和“0”的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。
光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图2.12所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
码盘放大整形
图2.12 光电编码器原理图
绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式三种。光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。四位二进制的码盘各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码。黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在360°范围内可编数码数为2^4=16个。工作时，码盘的一侧放置电源，另一边放置光电接受装置，每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。但由于制造和安装精度的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，会产生读数误差。例如，当码盘顺时针方向旋转，由位置“0111”变为“1000”时，这四位数要同时都变化，可能将数码误读成16种代码中的任意一种，如读成1111、1011、1101、…0001等，产生了无法估计的很大的数值误差，这种误差称非单值性误差。为了消除非单值性误差，可采用以下的方法:
（1）循环码盘（格雷码盘）：
循环码习惯上又称格雷码，它也是一种二进制编码，只有“0”和“1”两个数。这种编码的特点是任意相邻的两个代码间只有一位代码有变化，即“0”变为“1”或“1”变为“0”。因此，在两数变换过程中，所产生的读数误差最多不超过“1”，只可能读成相邻两个数中的一个数。所以，它是消除非单值性误差的一种有效方法。
（2）带判位光电装置的二进制循环码盘：
这种码盘是在四位二进制循环码盘的最外圈再增加一圈信号位。图7所示就是带判位光电装置的二进制循环码盘。该码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有当信号位处的光电元件有信号时才读数，这样就不会产生非单值性误差。
图2.13 四位光电编码盘
表1 方位- 角度- 格雷码- 二进制码对照表
n 位格雷码转换到n 位二进制码的逻辑关系式(B 代表二进制码,R 代表格雷码):
风向电路部分如图2.14所示:
图2.14 风向电路
在单片机系统中，目前应用较多的显示器主要有LED和LCD。LED是一种通过控制半导体发光二极管来显示文字、图形、图像等各种信息的显示屏幕，在智能仪表中应用较多。本文选择LED显示器来实现其
功能。
LED数码管是由七段发光线段组成，每条线段可以是一个或几个发光二极管。其结构如图2.15所示。只要使不同段的发光二极管或小数点发光，可改变所显示的数字或字母。
LED七段数码管根据其内部LED的连接方法不同可分成共阴极和共阳极两种接法。由于发光二极管通常需要几个或几十个毫安培的驱动电流才能发光，因此每个显示模块必须用一个七位的驱动器才能正常工作。驱动电路也可以用集成电路驱动器，现在常用带译码器的驱动器。此外，由于要显示的数字为BCD码，而七段数码管的显示模型为七段代码，所以在显示之前必须把BCD码转换成七段代码。
图2.15 LED显示器
LED显示器有数码管和点阵单片机系统常用七段数码管，按扫描方式分为静态扫描和动态扫描，动态扫描实现LED轮流显示，利用视觉暂留现象，得到显示的静态效果，其优点是使用硬件少，节省线路空间，本文采用动态扫描方式，选用共YA阳接法的LED，具体型号可选用SR20系列等。显示原理见图2.16：
图2.16 数码管显示原理
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
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920498298.1 (22)申请日 2019.04.14 (73)专利权人 中建八局第三建设有限公司 地址 210046 江苏省南京市栖霞区尧化门 中建八局第三建设有限公司 (72)发明人 郑东 彭泉勋 宋文学 应本意 靳志鑫 (74)专利代理机构 亳州速诚知识产权代理事务 所(普通合伙) 34157 代理人 曾祥兵 (51)Int.Cl. G01P 5/00(2006.01) G01P 13/02(2006.01) (54)实用新型名称 一种风速风向测量装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种风速风向测量装置， 包括风速传感器与风向传感器，风速传感器安装 于风向传感器的下端，风速传感器的后端固定安 装有套筒，套筒的后端套接有安装杆，安装杆的 一端开设有通孔，通孔的内部贯穿设置有卡头， 卡头的内部安装有弹簧。本实用新型的一种风速 风向测量装置，能够实现安装杆与套筒的快速拼 接安装，并维持风速传感器与风向传感器均和水 平面呈垂直设置，能够对安装杆进行便捷式安 装，同时实现安装杆上端各器件的快速安装，有 利于提高安装效率，将电源数据线设置在套筒与 安装杆的内部，能够对电源数据线进行保护，避 免受到外界风吹日晒导致的风化，还能够避免线 路缠绕影响该装置的正常工作。权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 209559918 U 2019.10.29 C N 209559918 U
权 利 要 求 书1/1页CN 209559918 U 1.一种风速风向测量装置，包括风速传感器（1）与风向传感器（2），所述风速传感器（1）安装于风向传感器（2）的下端，其特征在于：所述风速传感器（1）的后端固定安装有套筒（13），所述套筒（13）的后端套接有安装杆（6），所述安装杆（6）的一端开设有通孔，通孔的内部贯穿设置有卡头（21），所述卡头（21）的内部安装有弹簧（20），且弹簧（20）的底端安装在安装杆（6）的底端内表面，所述套筒（13）上也开设有通孔，且卡头（21）通过弹簧（20）卡接在套筒（13）上的通孔内，所述安装杆（6）与套筒（13）通过卡头（21）固定连接。 2.根据权利要求1所述的一种风速风向测量装置，其特征在于：所述风速传感器（1）的上端安装有连接轴（14），且风速传感器（1）与风向传感器（2）之间通过连接轴（14）固定连接，所述风向传感器（2）的上端通过轴芯安装有转轴（3），所述转轴（3）的内部插接安装有轴杆（11），且轴杆（11）的后端安装有尾翼（4），所述轴杆（11）的前端安装有安装头（12）。 3.根据权利要求1所述的一种风速风向测量装置，其特征在于：所述风速传感器（1）的后端安装有电源数据线（9），且电源数据线（9）贯穿在套筒（13）与安装杆（6）的内部。 4.根据权利要求1所述的一种风速风向测量装置，其特征在于：所述风速传感器（1）的下端设置有三组三风杯（5），且三组三风杯（5）的上端通过三组斜杆（16）固定安装有安装轴（15），且安装轴（15）安装在风速传感器（1）的下端。 5.根据权利要求1所述的一种风速风向测量装置，其特征在于：所述安装杆（6）的后端安装有安装块（7），且安装块（7）的后端开设有曲形槽（10），所述安装块（7）上开设有两组螺纹孔（18），且两组螺纹孔（18）内部螺纹连接有曲形螺杆（8），所述曲形螺杆（8）的两头均安装有紧固螺帽。 6.根据权利要求5所述的一种风速风向测量装置，其特征在于：所述安装杆（6）的后端开设有安装孔（17），所述安装块（7）的前端固定安装有安装挂钩（19），且安装杆（6）通过安装孔（17）安装在安装挂钩（19）上。 2
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：
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，
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
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/a67249251.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/a67249251.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）
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