多功能風(fēng)速計是測量空氣流速的儀器

 

　　多功能風(fēng)速計顧名思義是測量空氣流速的儀器。多功能風(fēng)速計的種類較多，氣象臺站常用的為風(fēng)杯風(fēng)速計，它由3個互成120°固定在支架上的拋物 錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另一種旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計為旋槳式風(fēng)速計，由一個三葉或四葉螺旋槳組成感應(yīng)部分，將其安裝在一個風(fēng)向標(biāo)的前端，使多功能風(fēng)速計隨時對準(zhǔn)風(fēng)的來向。槳葉繞水平軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

 

　　多功能風(fēng)速計的應(yīng)用很廣泛，在所有領(lǐng)域都能靈活運用，廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、石化、節(jié)能等行業(yè)，在北京奧運會中還有其他的應(yīng)用，帆船比賽，劃艇比賽，野外射擊比賽等都需要用到風(fēng)速儀來測量。現(xiàn)在的風(fēng)速儀比較先進，除了測量風(fēng)速外同時還可以測風(fēng)溫、風(fēng)量。有很多行業(yè)都需要用到風(fēng)速儀，推薦使用的行業(yè)：出海捕撈業(yè)、各類風(fēng)扇制造業(yè)、需要抽風(fēng)排氣系統(tǒng)的行業(yè)等等。

 

　　1、熱線風(fēng)速計。一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風(fēng)速的平方根成線性關(guān)系，再通過電子線路線性化（以便于刻度和讀數(shù)），即可制成熱線風(fēng)速計。熱線風(fēng)速計分旁熱式和直熱式兩種。旁熱式的熱線一般為錳銅絲，電視場強儀其電阻溫度系數(shù)近于零，多功能風(fēng)速計的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測量風(fēng)速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。熱線風(fēng)速計在小風(fēng)速時靈敏度較高，適用于對小風(fēng)速測量。它的時間常數(shù)只有百分之幾秒，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測量的重要工具。

 

　　2、風(fēng)杯風(fēng)速計。多功能風(fēng)速計是常見的一種風(fēng)速計。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計早由英國魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時是四杯，后來改用三杯。三個互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個架子連同風(fēng)杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。

 

　　3、聲學(xué)風(fēng)速表。在聲波傳播方向的風(fēng)速分量將增加（或減低）聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學(xué)風(fēng)速表可用來測量風(fēng)速分量。聲學(xué)風(fēng)速表至少有兩對感應(yīng)元件，電視場強儀每對包括發(fā)聲器和接收器各一個。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風(fēng)速分量傳播，另一組恰好逆風(fēng)傳播，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風(fēng)速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件，就可以分別計算出水平風(fēng)速、風(fēng)向和鉛直風(fēng)速。由于超聲波具有抗干擾、方向性好的優(yōu)點，聲學(xué)風(fēng)速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。

 

　　便攜式風(fēng)速計為便攜式設(shè)計的三杯式風(fēng)向風(fēng)速儀， 儀器測量部分采用了單片技術(shù)， 可以同時測 量瞬時風(fēng)速，平均風(fēng)速， 瞬時風(fēng)級， 平均風(fēng)級和對應(yīng)浪高等 5個參數(shù)。 該儀器所采用的液晶 顯示屏為專業(yè)定制， 國內(nèi)， 其中測量參數(shù)和測量單位直接用漢字顯示在液晶屏上， 而測 量數(shù)據(jù)顯示的數(shù)字高達 18mm ,便于教學(xué)演示時較遠距離觀察。

 

　　便攜式風(fēng)速計采用低功耗設(shè)計并采用液晶（LCD ）顯示，大大減少了儀器的功耗。而且?guī)в袛?shù) 據(jù)鎖存功能，便于讀數(shù)， 在風(fēng)向部分采用了自動定北裝置，測量時無需人工對北， 簡化測量 操作。 儀器具有體積小， 重量輕， 功能全， 耗電省， 字符大， 顯示直觀， 方便攜帶等的優(yōu)點， 可廣泛用于農(nóng)林，環(huán)境，海洋，科學(xué)考察等領(lǐng)域測量大氣的風(fēng)參數(shù)。

 

　　1. 風(fēng)向部分

 

　　風(fēng)向部分由保護風(fēng)向度盤的回彈頂桿所支撐。整體結(jié)構(gòu)由風(fēng)向標(biāo)， 風(fēng)向軸及風(fēng)向度盤等 組成， 裝在風(fēng)向度盤上的磁棒與風(fēng)向度盤組成磁羅盤用來確定風(fēng)向方位。 當(dāng)下拉鎖定旋鈕并 向右旋轉(zhuǎn)定位時， 回彈頂桿將風(fēng)向度盤放下， 使錐形寶石軸承與軸尖相接觸， 此時風(fēng)向度盤 將自動定北。 風(fēng)向示值由風(fēng)向指針在風(fēng)向度盤上的穩(wěn)定位置來確定。 當(dāng)左旋轉(zhuǎn)鎖定旋鈕并使 其向上回彈復(fù)位時， 回彈頂桿將風(fēng)向度盤頂起并定位在儀器上部， 并使錐形寶石軸承與軸尖 相分離，以保護風(fēng)向度盤及軸承與軸尖不受損壞。 （注：當(dāng)儀器使用完畢后必須及時回復(fù)此 狀態(tài)）

 

　　2. 風(fēng)速部分

 

　　便攜式風(fēng)速計傳感器采用的是傳統(tǒng)的二杯旋轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)。 它將風(fēng)速變成旋轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速。 為了減小 啟動風(fēng)速， 采用特殊材料的輕質(zhì)風(fēng)杯和寶石軸承支撐。 通過固定在旋轉(zhuǎn)架上的裝置經(jīng)傳感器 檢測后將信號傳送到主機內(nèi)進行測算。

 

　　便攜式風(fēng)速計內(nèi)的單片機對風(fēng)傳感器的輸出信號進行采樣， 校正， 計算， zui后由儀器輸出瞬時風(fēng) 速 /一分鐘平均風(fēng)速 /瞬時風(fēng)級 /一分鐘平均風(fēng)級 /平均風(fēng)級對應(yīng)的浪高 5個參數(shù)。測得的參數(shù) 在儀器的液晶顯示器上采用數(shù)字直接顯示出來。 為了減少儀器的功耗， 儀器中的傳感器和單 片機都采取了一系列降低功耗的專門措施。 為了保證數(shù)據(jù)的可靠， 當(dāng)電源電壓太低時， 顯示 器下部電池標(biāo)記顯示缺電，提示用戶電源電壓太低數(shù)據(jù)已不可靠，需要及時更換電池。

 

　　便攜式風(fēng)速計用在采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、氣象、農(nóng)業(yè)、冷藏、干燥、勞動衛(wèi)生調(diào)查等各方面。需要測定室內(nèi)外或模型的氣流速度時都可使用，是一種測量低風(fēng)速度的基本儀器。

 

　　多功能風(fēng)速計由熱球式測頭和測量儀表兩部分組成。測桿的頭部有一直徑約0.8毫米的玻璃球。球內(nèi)繞有加熱玻璃球用的的鎳鉻絲線圈和兩個串聯(lián)的熱電偶。熱電偶的冷端連接在磷銅質(zhì)的支柱上，直接暴露在氣流中，當(dāng)一定大小的電流通過加圈后，玻璃球的溫度升高，升高的程度和氣流的速度有關(guān)，流速小時升高的程度大，反之升高的程度小。升高程度的大小通過熱電偶產(chǎn)生熱電勢在電表上指示出來。因此在校正后，即可用電表讀數(shù)表示氣流的速度。

 

　　便攜式風(fēng)速計將流速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕囊环N測速儀器，也可測量流體溫度或密度。其原理是，將一根通電加熱的細金屬絲（稱）置于氣流中，在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，而散熱量導(dǎo)致溫度變化而引起電阻變化，流速信號即轉(zhuǎn)變成電信號。

 

　　多功能風(fēng)速計有兩種工作模式：①恒流式。通過的電流保持不變，溫度變化時，電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速；②恒溫式。的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。長度一般在0.5～2毫米范圍，直徑在1～10微米范圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄（厚度小于0.1微米）的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測量液體流速。除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測量各個方向的速度分量。

 

　　多功能風(fēng)速計從輸出的電信號，經(jīng)放大、補償和數(shù)字化后輸入計算機，便攜式風(fēng)速計可提高測量精度，自動完成數(shù)據(jù)后處理過程，擴大測速功能，如同時完成瞬時值和時均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數(shù)的測量。風(fēng)速儀與皮托管相比，具有探頭體積小，對流場干擾小；響應(yīng)快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達0.3米/秒）等優(yōu)點。