[发明专利]一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法

权利要求书

1.一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：

向恒流式热式风速仪的控制系统中预先录入程序，输入流经线圈的电流、线圈的长度与截面积、线圈材质的电阻率—温度关系式；

将恒流式热式风速仪放置于待测空间，恒流电源开启后，线圈中流过恒定电流，由于电流的热效应，线圈温度升高；铜线圈的电压信号输入控制系统，控制系统将电压信号转为数字信号；

控制系统接受到信号后，计算出线圈的电阻率，再根据电阻率—温度关系式，计算出线圈的实时温度T，并将测得的第一个温度作为室温；进而得到线圈的温度变化率

将测得的实时温度T与温度变化率代入以下传热学关系式：

式中：c代表线圈材质的比热容，m为线圈质量，为温度的变化率，h为对流传热系数，A_c0为室温下线圈的表面积，β为线圈材质的线膨胀系数，ΔT为线圈温度与室温的差值，ε为线圈材质的发射率，σ为斯忒藩玻尔兹曼常数，P₀为常温下线圈的加热功率，α为线圈材质的电阻温度系数；

其中h、A_c0、P₀的计算关系如下：

A_c0＝2πL₀r₀

式中：C为常数，n为常数，λ为空气的导热系数，a为热扩散率，ν为运动粘度，ρ为空气密度，r₀为室温下线圈的半径，μ为空气的动力粘性系数，L₀为室温下线圈的长度，I为加热电流的电流强度，ρ₀为室温下线圈材质的密度，v为待测实时风速；C_v为等体摩尔热容，d为空气分子平均直径，d＝3.5×10^-10，k为玻尔兹曼常数，m₀为空气分子平均质量，C_p为等压摩尔热容；

由上述公式计算，得到实时风速v。

2.根据权利要求1所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的恒流式热式风速仪包括壳体、控制系统、恒流电源和线圈，控制系统和恒流电源设在壳体内，线圈设在壳体外，线圈为圆形线圈，两端通过导线与恒流电源相连；所述的控制系统包括树莓派4b及其扩展板，树莓派4b通过GPIO接口与扩展板连接，线圈通过导线和杜邦线与扩展板相连。

3.根据权利要求2所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的壳体上设有显示屏，所述的显示屏通过GPIO接口与扩展板连接。

4.根据权利要求2所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的线圈与恒流电源之间的线路上连接有保险丝，所述的保险丝设在壳体侧边，壳体上对应保险丝的位置设有保险丝盖。

5.根据权利要求2所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的扩展板还设有USB接口，所述的USB接口设在壳体侧边，壳体上对应USB接口的位置设有滑盖。

6.根据权利要求2所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的壳体上还设有开关，开关控制线圈接通恒流电源，控制控制系统接通恒流电源。

7.根据权利要求2所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的壳体侧壁设有散热孔。

8.根据权利要求2所述的一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，其特征在于：所述的线圈优选为铜线圈。