[发明专利]一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法有效
申请号: | 202110960136.7 | 申请日: | 2021-08-20 |
公开(公告)号: | CN113466487B | 公开(公告)日: | 2022-04-22 |
发明(设计)人: | 王鑫;武威扬;孙新翔;马栋;李明泽;陈沛原;王赞昆;冯虹瑞;开来;张译纬;翁铭浩;段彬 | 申请(专利权)人: | 吉林大学 |
主分类号: | G01P5/08 | 分类号: | G01P5/08;H05K7/20 |
代理公司: | 长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙) 22212 | 代理人: | 梁紫钺 |
地址: | 130012 吉*** | 国省代码: | 吉林;22 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 利用 恒流式热式 风速仪 测定 风速 方法 | ||
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,Ac0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、Ac0、P0的计算关系如下:
Ac0=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;Cv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,Cp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。
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