測量風速實驗裝置

⑴ 氣象站中有哪些氣象儀器

氣象站中有自動氣象站、自動雨量站、風速風向儀、風向袋、百葉箱、溫濕度記錄儀、感測器等氣象儀器。
1、自動氣象站：可以通過專業配套的數據採集通訊線與計算機進行連接，將數據傳輸到氣象計算機氣象資料庫中，用於統計分析和處理。
2、自動雨量站：自動雨量站是用於測量並記錄各種雨量信息的綜合觀測儀器。
3、風速風向儀：風速風向儀是專為各種大型機械設備研製開發的大型智能風速感測報警設備。
4、風向袋：帶燈風向袋用於指示風向、提供風速參考。由布質防水風向袋、優質不銹鋼軸承風動系統、不銹鋼風桿等三個部分組成。
5、百葉箱：百葉箱是用來放置測定空氣溫度和濕度儀器的木箱。
6、溫濕度記錄儀：廣泛應用於倉儲、物流冷鏈的各個環節，如冷藏集裝箱、冷藏車、冷藏包、冷庫、實驗室等。
7、感測器：感測器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，並能將感受到的信息按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。

⑵ 風速儀的測量方法有那些呢

風速探頭為敏感部件，當一恆定電流流過其加熱線圈時，其敏感部件內，溫度升高並於靜止空氣中達到一定數值。此時，其內測量元件熱電偶產生相應的熱電勢，並被傳送到測量指示系統，此熱電勢與電路中產生之基準反電勢互相抵消，使輸出信號為零，儀表指針也相應指於零點。若風速探頭端部的熱敏感部件暴露於空氣流中時，由於進行熱交換，此時將引起熱電偶熱電勢變化，並與基準反電勢比較後產生微弱差值信號，此信號被測量指示儀表系統放大並推動電表，由指針示值即可讀出被測風速大小。
熱敏風速儀

(1)將儀器水平放好，使直鍵開關處於原位(向上)。

(2)調節電表機械零點，使表針指於零位。

(3)將探頭測桿垂直向上放置，使其熱敏感部件全部按入測桿管內，並將風速探頭之插頭插入「探頭」插座。

(4)按下「電源」直鍵(左起第一)調節「放大器調零」，電位器使指針指於零點。

(5)按下「1m/s」直鍵開關(左起第二)調節「零點調節」電位器使指針指於零點。

(6)預熱十分鍾，並重復上述步驟，方可進行測量。

(7)低風速段(0.05～1m/s)經預熱，校準後，可將風速探頭測桿端部熱敏感部件拉出，使其暴露於被測氣流中，注意使測桿垂直，並使其有頂絲一面對准氣流吹來方向(如圖3)所示，即可由電表指標值讀取風速。

(8)高風速段(1m/s～30m/s) (1m/s～10m/s) 風速超過lm/s，按下「30m/s」「10m/s」，直鍵開關(左起第三)即可讀數。(此時按鍵全部處於按下狀態)。

(9)使用完畢應將直鍵開關所有鍵從左至右依次復位。風速探頭熱敏感部件測桿拉出部分全部按入測桿管內，並撥下插頭放入儀器盒原位置。

(10)電池安裝;

使用機內電池，安裝時必須注意極性不能放錯。

使用外接電源供電時，需注意插頭聯線與插接均應正確無誤，電源電壓應符合4.5V～6V要求

實驗數據

測試者根據實際風速測量情況，選擇低速或高速調節按鈕，並至少測試三次以上，剔除其中粗大數據，取平均值為最後風速數值。

⑶ 風洞測試儀器的氣流速度測量

主要有皮托-靜壓管、熱線風速儀和激光多普勒測速儀。
皮托-靜壓管
測量氣流速度最常用的儀器,是由皮託管演變而來的。皮託管是一根圓柱形管子，一端開口，另一端連在壓力計上，用以測量氣流總壓。這種管子是H.皮托在1872年用來測量河流的水深和流速關系的。皮托-靜壓管除了象皮託管一樣，可以感受氣流總壓外,還可同時測量氣流靜壓。圖5是低亞聲速時使用的一根典型的皮托- 靜壓管結構示意圖。它有內管和外管。內管測量總壓。靜壓孔開在外管上同頭部有一定距離處。根據伯努利方程（見伯努利定理）由總壓孔和靜壓孔測得的壓差經過換算即可得到流速。它可用於從1～2米/秒到臨界速度以下范圍內的速度測量。這種管子的前端多為半球形，總壓孔在軸線上，它對管子形狀不敏感。靜壓孔則受端頭和後面的支桿影響很大。由於兩者的影響相反，只要精心設計就可以減小這種影響。為減少氣流方向偏斜的影響，有時可沿圓周方向開多個靜壓孔。為了避免設計和加工引起的誤差，在使用前要進行校正。


圖5 皮托－靜壓管示意圖
熱線風速儀
依據非電量電測法的原理測量氣流速度、溫度和密度的儀器，已有70多年的使用歷史。它的感測器（俗稱探頭）是一條長度遠大於直徑的細金屬絲，簡稱熱絲,或是一片厚度非常薄的金屬膜,簡稱熱膜。測量時，將此熱絲或熱膜置於待測氣流中，同時又連接於電橋的一臂，用電流加熱，使熱絲或熱膜本身溫度高於待測氣流介質的溫度。氣流狀態變化，引起熱絲或熱膜與氣流介質之間的熱傳遞發生變化，從而使熱絲或熱膜兩端的電壓發生變化，由此可測得氣流的速度、溫度或密度的平均值和瞬時值。熱線風速儀的電路有兩種類型：一是維持熱線溫度不變的恆溫式；一是維持熱線電流不變的恆流式。熱線兩端的電壓變化一般經放大、補償後才進行測量。從前測得的電信號都是用電模擬法來處理。近年來，熱線或熱膜測得的電信號輸入到電子計算機處理，使測量精度更高，因而應用范圍更廣。熱絲直徑僅有1～5微米;長度僅0.5～1毫米。熱膜厚度僅為5～10納米。熱絲材料為鉑或鎢，或含銠的鉑銠合金絲，或包銀的渥拉斯頓絲。熱膜材料多是鉑或鎳，有時還在上面噴鍍一層2～5微米的石英，以便用於導電液體中的測量。
激光多普勒測速計
利用光的多普勒頻移效應，用激光作光源，測量氣體、液體、固體速度的一種裝置。1842年奧地利物理學家C.多普勒發現了聲波的多普勒效應。1905年A.愛因斯坦在狹義相對論中指出，多普勒效應也能在光波中發生。光照射到運動的粒子上發生散射時，散射光的頻率相對入射光的頻率發生變化。頻率的偏移量與運動粒子的速度成正比。當流場中散射粒子的直徑與入射光的波長為同一量級，且散射粒子的重量與周圍流場粒子重量相近時，散射粒子的運動速度基本上代表流場的局部流速。美國Y.耶和H.卡明斯於1964年第一次報道利用激光多普勒頻移效應進行流體速度測量。
激光多普勒測速計包括光學系統和信號處理系統。光學系統將激光束照射到跟隨流體運動的粒子上，並使被測點（體積）的散射光會聚進入光電接收器。按接受散射光的方式光學系統可分為前向散射型、後向散射型和混合散射型。按光學結構可分為參考光型、雙散射型、條紋型和偏振光型。圖6為前向雙散射型原理圖。 光電接收器（光電倍增管、硅光二極體等）接收隨時間變化的兩束散射光波，經混頻後輸出信號的頻率是兩部分光波的頻率差，與流速成正比。採用信號處理系統把反映流速的真正信息從各種雜訊中檢測出來,並轉換成模擬量或數字量,作進一步處理或顯示。常用的信號處理器有頻率分析儀、頻率跟蹤器、計數式處理器等。從原理上講，激光多普勒測速計是直接測量速度的唯一手段。在風洞實驗中可用它測量局部速度、平均速度、湍流強度、速度脈動等，適用於研究激波和邊界層的分離干擾區、旋翼速度場、有引射的邊界層以及高溫流等。測速儀器或裝置的測速范圍從0.05厘米/秒到2000米/秒。測量高速時受光電器件頻率響應范圍的限制。實驗中，有時需要用專門的粒子播發裝置把不同大小的粒子摻入氣流中。由於散射粒子慣性等的影響，粒子運動速度滯後於流體，因而測速精度較低，湍流度高時精度更低。

圖6 激光多普勒測速計(前向雙散射型)原理圖
巡迴檢測裝置
按一定次序或隨機採集多個電壓或電流信號（稱為模擬量），並把這些模擬量轉化為二進制或十進制數字量的裝置（簡稱檢測裝置）。
巡迴檢測裝置的輸入模擬量由受感轉換器件（如感測器、測力天平等）通過傳輸線送入，它的輸出數字量送入計算機處理或其他記錄設備（如列印機、穿孔機、磁帶等）記錄。它在風洞測試系統中的位置見圖7。巡迴檢測裝置一般由采樣器、數據放大器、模數轉換器、濾波器、顯示器、介面和控制器等部件組成（圖8）。采樣器是一個通過程序控制的電子或機械開關，能以周期性的時間間隔或任意時間間隔採集某一連續變數值。采樣器由采樣開關、通道計數器、通道解碼器、循環次數計數器、時鍾等部件組成。采樣器的工作速度，從每秒幾十次到每秒幾萬次。數據放大器是放大輸入信號的部件,一般能把幾毫伏信號放大成幾伏,然後送入模數轉換器，還能抑制干擾信號並從中拾取有用信號。模數轉換器 (A/D)可將被測電壓模擬量（連續）轉換為數字量（離散）。它的種類很多，最常用的一種叫反饋比較型模數轉換器，由比較器、模數轉換器（有解碼開關、電阻網路、數碼寄存器）、節拍產生器、轉換控制器、基準電壓源、脈沖源等組成。 濾波器的作用是濾去信號源中無用信號。由電阻電容或電感電容組成的濾波器稱無源濾波器；由電阻電容和放大器組成的濾波器稱有源濾波器；由計算機進行處理而消除干擾信號的稱數字濾波器。顯示器是顯示測量參數的部件，由選點顯示開關、二進制變成十進制的運算器、解碼器和數碼管組成。介面是兩個不同設備互聯時的交接部分。檢測裝置中所有部件間的信息傳遞和相互協調都由控制器完成。

圖7 巡迴檢測裝置在風洞測試系統中的位置

圖8 巡迴檢測裝置方框圖