风速仪主要种类及参数
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风速仪是测量风速的一种仪表,其原理为:空气流通过滤网后会产生一个压差,这个压差和气流的速度成正比,风速越大,压差就越大,根据两者之间的对应关系来标定风速;还有一种就是类似于流体力学中的文丘力管,气流冲击到测力板上,冲击力和风速成正比,根据冲击力来标定风速。
风的观测包括:风向观测和风速观测。风向即水平气流的来向,在地面气象观测中常用16个地理方位来表示。风速即单位时间内空气所经过的距离,单位m/s。
风的测量除瞬时风速、风向外,主要是用算术平均法或矢量平均法计算平均风速、风向,或用最多风向代替平均风向。平均风一般指瞬时风的时间平均值,而瞬时风与平均风之间的差别即脉动风。
一、风速仪的类型
风向测量用风向标,并用机械传送、电传送及光电转换等自记方式实时记录风向变化。风速的测量用风速表(或风速计)。常用的风速仪(风速计、风速表)有以下几种:
1、旋转式风速表:通过测试叶轮的转数,测试风速,用于气象观测
2、压力式风速仪:利用风的压力效应(风压与风速的平方成正比)来测量风速
3、热力式风速表:利用被加热物体散热速率与周围空气流速有关的特性测量风速
4、声学风速表:利用声波在大气中传播速度与风速之间的函数关系测量风速
5、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。
二、风速仪的原理
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。
三、风速仪的主要用途
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)。
四、主要参数
风速仪主要的测量参数有:
1、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0~60 m/s,热线式风速仪为0~30 m/s,超声波式/皮托管风速仪可达70 m/s以上。
2、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%。
3、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。
4、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±70℃,特制风速仪的转轮探头可达350℃,皮托管用于+350°C以上。
五、主要的执行标准
1、国际标准
ESDU 16002-2018 热风速仪(CTA) 湍流和流量测量实用指南
BS EN IEC 61400-12-2:2022 基于机舱风速仪(英国标准)的发电风力涡轮机的功率性能
2、国内标准
JJF 1939-2021 热式风速仪校准规范
JB/T 11258-2011 数字风向风速测量仪
GB/T 30494-2014 船舶和海上技术 船用风向风速仪
GJB 6550-2008 军用数字式风向风速仪通用规范
JJG 613-1989 电接风向风速仪检定规程
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