现代工程控制中的测试与检测技术(10气流速度测量)讲解

风工程中的测试技术Yukio Tamura东京工艺大学教授，风工程研究中心主任摘要：这篇报告介绍了最近以风工程监测技术为研究点的论题。

文中介绍了监测风速、风压以及建筑物的反应，涵盖了在实验室和现场作业面中不同的测量技术，并且做了同等风力强度下的风洞试验。

例如，对粒子图像测速技术，多普勒雷达技术，同时多通道压力测试系统，全球定位系统等等进行了讨论。

其在风工程中有效的贡献和潜在的作用都得益于作者的团队和其他研究人员的最新成果。

关键词：PIV技术，LDV，多普勒声纳，GPS,激光分析器，同时多通道压力测量系统1.实验室和现场作业面的流量测量技术1.1风洞测试速度监控在风洞实验中，通常是由静态皮托管和热丝风速表测量风速。

多孔管道，全方位欧文传感器，热敏电阻风速仪，锗风速仪和热膜风速仪技术也广泛用于风洞实验来测量流速。

欧文（1981年）提出的全方位的传感器，是基于压力信号，并为平流风力测量的方法。

微型皮托的静态管（Melbourne,1978年和 Kwok,1979年）用于平流风的测量，热敏电阻风速计也广泛用于平流风测量。

微型超声风速仪能够测量风速的三个组成部分。

Kwok（2003年）为风洞试验的应用总结了流场测量技术。

最近光学技术在理解复杂流场中起着重要的作用。

有两种主要的光学技术。

一种采用光学多普勒位移和干扰效果,另外一种通过获得的粒子得到两个连续的影像座。

这两种方法都需要播种示踪粒子。

它们有许多优点,包括非接触式测量的无干扰性，以及在有复杂反流的尾流区的适用性。

它们还具有的优点是能够衡量一个热分层流场的风洞,那里的温度有时空上的变化。

1.1.1热式风速计热线风速仪广泛应用于紊流测量。

从低风速到高风速，这种风速计均可以使用薄细长丝（例如直径0.005毫米3米长）得到高频率（如为100kHz）响应从而进行测量。

虽然热丝有一个一维探头，热敏电阻风速仪，它有一个类似机制的小球探头，也被广泛用于风洞试验，特别是对平流风测评。

实验六气流速度测量实验实验名称实验目的1.通过实验，掌握利用空气动力探针测量风管内气流速度的方法，以及相关仪器仪表的使用。

2.通过实验，掌握毕托管和三孔探针测量气流速度的原理，并了解其结构。

实验装置简图原始数据用毕托管测量气体流速符号名称单位12345678h0中孔与大气压差Pa1495.71485.91471.21505.41525.01554.31583.61613.0Δh2中孔与侧孔压差Pa977.6884.7782.0684.3596.3488.8391.0293.3p a大气压Pa9670096700967009670096700967009670096700t环境温度℃23.123.123.123.123.123.123.123.1用三孔探针测量气体流速符号名称单位12345678Δh2−1中孔2与侧孔1压差Pa1026.4275977.55782.04674.5095596.3055430.122312.816205.2855Δh2中孔2与大气压差Pa1309.9171349.0191368.571388.1211412.559751427.2231466.3251505.427p a大气压Pa9670096700967009670096700967009670096700t环境温度℃23.123.123.123.123.123.123.123.1数据处理毕托管测速数据处理名称公式单位12345678气流压力p=p a+(ℎ0−Δℎ2)Pa97218.197301.297389.297521.197628.797765.597892.698019.7注：k u=0.998三孔探针测速数据处理注：k0=1,k0−k1=0.998毕托管测得气流速度与压差曲线图三孔探针测得气流速度与压差曲线图思考题1. 什么是气流压力和气流静压？他们之间有什么关系？气流压力是气流总压，包括动压和静压的两部分，气流压力是气流制止时对制止点壁面造成的压力，气流静压是气流运动时对壁面造成的压力。

大气工程中的风力参数测量与分析引言：大气工程是指研究大气运动规律、气象现象及其变化，以及大气对地球表面的影响的一门学科。

而其中一个重要的研究领域就是风力参数的测量与分析。

风力参数是指描述风的强度和方向的参数，对于大气工程设计和规划、风能利用等领域具有重要的意义。

本文将探讨大气工程中风力参数的测量方法和分析手段。

一、风速的测量方法风速是指风的运动速度，是风力参数中最基本的一个指标。

在大气工程中，准确测量风速尤为重要。

目前常用的风速测量方法有以下几种：1.1 风筝测风法：这是一种简单且常用的测风方法。

通过将风筝悬浮在空中，利用风对风筝的牵引力，推算出风速。

这种方法适用于低空气流的测量，但因受到地面阻力的影响，精度较低。

1.2 风杆测风法：风杆是指一种具有标准形状和尺寸的垂直标尺，用于测量风速和风向。

根据风杆上的风向旗帜的摆动情况，可以推断出风速和风向。

这种方法适用于地面上风速较大的情况，但对风向的测量精度较低。

1.3 风速计测风法：风速计是一种专门测量风速的仪器。

目前常用的风速计有热线式、旋翼式等多种类型。

热线式风速计通过测量热线受风速影响时的冷却程度来推算出风速，而旋翼式风速计则通过风轮的旋转速度来测量风速。

这两种方法都具有较高的测量精度和稳定性，被广泛应用于大气工程中的风速测量。

二、风向的测量方法风向是指风的吹向，对于风能利用和空气动力学建模等方面的研究具有重要意义。

在大气工程中，常用的风向测量方法有以下几种：2.1 风向计测风法：风向计是一种专门测量风向的仪器。

目前常用的风向计有短翼式、矢量式等多种类型。

短翼式风向计通过测量受风时的转向角度来推算出风向，而矢量式风向计则通过测量风向标的指向情况来测量风向。

这两种方法都具有较高的测量精度和稳定性，适用于大气工程中的风向测量。

2.2 水平回转法：这是一种传统而常用的测风方法。

具体操作时，人们可以用一个简易风向仪标定一些固定的物体或地标，然后通过观察这些物体或地标的方向变化来推算风向。

测量风速的方法内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）测量风速的方法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、、的内容之一。

物理测量风速的原理和方法
物理测量风速的原理和方法有很多种，常见的有以下几种：
1. 流体力学原理：利用流体力学的原理，通过测量流体在单位时间内通过一定截面积的体积来确定风速。

常见的方法有风压法和热线法。

- 风压法：通过测量风对垂直于风向的物体所施加的压力来确定风速。

可以利用气压计、风压计等仪器进行测量。

- 热线法：通过测量风吹过热线时所产生的冷却效应来确定风速。

常见的方法是利用热线风速计进行测量。

2. 弹性体原理：利用弹性体在风力作用下的形变来确定风速。

常见的方法有风振法和风弹法。

- 风振法：通过测量风对弹性体所施加的振动频率和振幅来确定风速。

常见的方法有风筝测风法和悬挂物测风法。

- 风弹法：通过测量风对弹性体所施加的弯曲力或拉力来确定风速。

常见的方法有风弹计和风弯计。

3. 光学原理：利用光的传播速度和光的干涉、散射等现象来确定风速。

常见的
方法有激光多普勒测风仪和光电测风仪。

- 激光多普勒测风仪：利用激光束对空气中的颗粒进行多普勒频移测量，从而确定风速。

- 光电测风仪：利用光电传感器对空气中的颗粒进行散射光强的测量，从而确定风速。

以上只是一些常见的物理测量风速的原理和方法，实际上还有其他一些方法，如声学方法、电磁方法等。

不同的方法适用于不同的场景和需求，选择合适的方法进行测量可以提高测量的准确性和可靠性。

风速测量原理
风速测量是气象学、环境监测和工程建设中非常重要的一个参数。

风速的准确测量对于风能利用、建筑结构设计、空气质量监测
等方面具有重要意义。

那么，究竟如何进行风速的测量呢？接下来，我们将介绍一下风速测量的原理。

首先，风速的测量需要借助风速仪器。

常见的风速仪器有风速计、风速传感器等。

风速计是一种利用风力作用在叶片上产生力矩，再通过一系列传动装置转换成线性位移或角位移，最终转换成电信
号输出，从而测量风速的仪器。

而风速传感器则是通过测量风速对
传感器产生的压力差或者热敏传感器的温度变化来间接测量风速的
仪器。

其次，风速的测量原理主要有动态压差法、热线法、声速法等。

动态压差法是利用风速对测量装置产生的动态压差进行测量的方法，通过测量动态压差的大小来计算出风速。

热线法则是通过在风流中
放置一个热线传感器，通过测量传感器的电阻变化来计算出风速。

声速法则是利用声波在风流中传播的速度和方向来测量风速的方法。

最后，风速的测量还需要考虑一些影响因素。

例如，测量装置
的位置选择、周围环境的影响、测量装置的精度和灵敏度等。

在进行风速测量时，需要尽量避免遮挡物对风流的影响，保证测量装置的稳定性和准确性。

总之，风速测量原理涉及到风速仪器的选择和使用、测量原理的应用以及影响因素的考虑。

只有全面了解风速测量的原理，才能更准确地进行风速的测量工作，为相关领域的研究和应用提供可靠的数据支持。

希望本文的介绍对您有所帮助。

风速仪测量方法一、前言风速仪是一种用于测量风速的仪器，广泛应用于气象、航空、环保等领域。

本文将详细介绍风速仪的测量方法。

二、风速仪的工作原理风速仪是通过测量空气流动中的压力差来计算出风速的。

其主要部件包括静压孔、动压管和传感器。

静压孔通常安装在风速仪的底部，用于测量静态压力。

动压管则位于风速仪的顶部，它通过一个小孔将空气引入管内，使得管内的压力与外界形成差异。

传感器则接收这个差异并将其转换为电信号进行处理。

三、使用前准备在使用风速仪之前，需要进行以下准备工作：1.检查设备是否完好无损，如有损坏应及时更换或修理。

2.校准设备，确保其精度和准确性。

3.选择合适的场地进行测试，并保证测试场地周围没有任何遮挡物影响测试结果。

4.将设备放置在平稳的地面上，并确保其稳定性。

5.打开设备电源，进行预热和自检。

四、测量方法1.静态压力测量在进行风速测量之前，需要先进行静态压力的测量。

将风速仪放置在测试场地上，并保证其稳定性。

打开设备，等待其自检完成后，将静压孔插入地面或其他平面上，并记录下此时的静态压力值。

2.动态压力测量将风速仪举起并对准空气流动方向，使动压管中的空气流过小孔进入管内。

此时传感器会接收到一个电信号，并将其转换为一个数字值。

这个数字值就是动态压力值。

3.计算风速根据静、动两个压力值可以计算出风速的大小。

公式为：v=√(2ΔP/ρ)其中v表示风速；ΔP表示动、静两个压力差；ρ表示空气密度。

四、注意事项1.在使用过程中应注意安全问题，避免发生意外伤害。

2.在测试场地周围应保持安全距离，避免影响测试结果。

3.在使用过程中应保持设备干燥和清洁，避免影响设备的工作效果。

4.在使用过程中应注意设备的电量和存储容量，避免因电量不足或存储空间不足而影响测试结果。

五、总结风速仪是一种非常重要的测量工具，它可以广泛应用于气象、航空、环保等领域。

在使用过程中需要注意安全问题，并严格按照测量方法进行操作，以确保测试结果的准确性和可靠性。

复习§ 2-3-2热线风速仪平均气流速度测量 脉动气流速度测量 热线风速仪动态特性§ 2-3-3§2-3-4 粒子图像测速技术（PIV ）简介 原理 通过分析跟随流体运动的示踪粒子图像，直接确定粒子的运动速度。

发展：全息PIV 或PTV （三维）荧光粒子PIV （微细流场）§ 2-4流量测量—2K 、、_2v n 5rx zx z\i23）・质量流量直接测量法物理基础是测量与流体质量流量有关的物理量（如动量、动量矩等）的效应，从而直接得到质量流量。

特点：与流体的成份和参数无关；复杂，价格昂贵。

各种流量计，要求满足的条件：1）流体必须充满管道内部，并连续流动。

2）单相流的，流经测量元件时不能发生相变。

3）流速在音速以下。

三•流量计的校验与标定流量是质量或体积对时间的导数，难以按定义直接做出流量单位的标准器。

一般在流量不变的前提下，使流体连续流入容器内，精确测量流体流动的起止时间和流入容器的流体总量，用平均流量代替瞬时流量作为标准。

§ 2-4-2节流式流量计一・基本原理与流量方程1.原理管道中流体流经节流件，由于流通截面的变化，使流朿收缩、流速增大、静压下降。

节流件前后出现压差4 p, 与流体的流量有关，G=f（A p）测Ap,可知G。

利用这一物理现象制成的流量计叫节流式流量计。

节流元件，与管道同心。

截面I处，流体未受扰动，流束充满管道。

流体流经节流件，流束收缩。

至截面II处, 流束收缩为最小时截面。

此后流束扩张，最后充满管道。

涡流区的存在，导致流体能量损失，静压力不能复原，产生了压力损失6 p。

P J A J V J = p2A2v22.流量方程截而I处：流束截而Ai,压力p）,平均流速V],密度P| 截面II处：流束截面A2,压力P：，平均流速V2，密度P2。

在截呼、II处运用一元流动能量方程，可有加+G呼a v2” C2 鼻 f2式中：q, C?—截面I、II处流速不均匀性修正系数。

风道温度、湿度、压力及流速测定一、实验目的(一)掌握使用测压管、微压计和流量计测量风道压力和流量的方法，了解使用仪表的工作原理、基本构造和正确的使用方法。

(二)对用不同方法测出的流量进行比较，试说明其差异的原因。

二、测量方法(一)压力测量风道压力测量一般是采用接触方法进行，这种方法是由测压孔、测压管和测压仪表组成。

被测点的压力经过测压孔、测压管传到测压仪表上，由测压仪表指示或记录压力值。

1．为了测量风道的静压，可在风道壁上垂直开设测压孔，如图1—1所示。

测压孔的轴线应和壁面垂直，为防止被气流中杂物堵塞，测压孔径可取1—3mm，孔的周边要平滑无毛刺，导压管内径约为(2-2.5)d。

为了提高测试准确度，风道同一裁面壁上的静压油孔要均匀分布，通常取3—4个，并互相接通。

2．测压管皮托管是测量风道压力最常用的一种测压管，它是由总压管和静压管组合而成。

管头部通孔测全压，管外周小孔测静压，两者之差为动压。

因此，皮托管也称为风速管。

3．测压仪表通风系统测量压力常用的仪表有(1)U型管压力计、单管压力计；(2)倾斜式压力计；(3)补偿式压力计。

补偿式压力计测量准确度较高，也可用来校验上述两种压力计。

(二)流量测量风道中流量的测量，目前常用的方法有流速法和节流压差法。

1．流速法这种方法只需测出风道截面流体的平均速度v，就可以计算流量Q，它等于Q＝F v； m3／s (1—1)式中F——风道截面积，m2。

(1)平均动压法这种方法用皮托管测量风道截面各点的动压，其测点可按下述方法布置，测定静压时，测量截面壁上分布四点静压孔接头连接到一个共同的环中并与压力计相连，所测得的静压为该截面上静压的平均值（环的有效截面应不小于任一静压控截面积的四倍）；测定动压时，动压管的直管必须垂直管壁，动压管的弯管嘴应面对气流方向且与风管轴线平行，其平行度偏差不大于5°，采用等面积分环法布置测点，如表1和图1 所示。

表1 圆形管道等面积环数及测点的确定参数量值 管径D(m) D<1.0 圆环数 1~2 测点数4~8 测点编号1/5# 2/6# 3/7# 4/8# r （以D 计） 0.0670.250 0.7500.933则平均动压221⎪⎪⎭⎫⎝⎛+++=n P P P P n d ααα Pa (1—2) 平均流速等于dP v ρ2=m/s (1—3)式中 ρ—空气密度，kg ／m 3。