一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113466487A(43)申请公布日2021.10.01(21)申请号202110960136.7(22)申请日2021.08.20(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明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(74)专利代理机构长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)22212代理人梁紫钺(51)Int.Cl.G01P5/08(2006.01)H05K7/20(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法(57)摘要本发明涉及一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法，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，通过导线与恒流电源相连，并通过导线和杜邦线与控制系统相连；控制系统中预先录入程序，恒流电源开启后，线圈中流过恒定电流，计算出线圈的电阻率，将测得的实时温度与温度变化率代入传热学关系式，计算得到实时风速v。恒流式热式风速仪结构新颖，便于批量生产与使用；能够长时间，高频率地提供实时读数；本发明适用于需要高频率的风速测量，热滞后效应小，应用场景更广泛；线圈的选用不限于铜线圈，改变程序中相应参数并完成校正后，可选用任意合适材质的线圈。CN113466487ACN113466487A权利要求书1/2页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‑10子平均直径，d＝3.5×10，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2CN113466487A权利要求书2/2页包括树莓派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。3CN113466487A说明书1/4页一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法技术领域[0001]本发明涉及一种测定风速的方法，特别涉及一种利用恒流式热式风速仪测定风速的方法。背景技术[0002]风速测量在科研和工业生产中有广泛的应用，尤其是航空航天、