一种风速测量系统的制作方法

本申请设计风速测量领域，具体设计一种风速测量系统。

背景技术：

目前，先进的空气离子测量仪器都采用风扇驱动的管状空气采集系统。当空气以一定的速度流过采集管，采集管捕获到其中的带电离子个数，从而计算出空气离子的浓度。其中空气在采集管内的流速是其中的一个重要参数，直接影响到仪器测量精度。但是现有测量方式误差较大，会影响测量精度。

技术实现要素：

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是提供一种可精确测量空气在测量管内流速的风速测量系统。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型的提供了一种风速测量系统，包括：测量管，用于使待测速气体流通；旋转装置，用于旋转；热敏电阻，设置于所述测量管内以及所述旋转装置远离旋转中心的一端，用于测量气流流动时的电阻值。

进一步地，上述风速测量系统还包括：采集装置，与所述热敏电阻和所述旋转装置连接，用于采集所述热敏电阻的电阻值和所述旋转装置的转速和旋转半径。

进一步地，上述风速测量系统还包括：控制终端，与所述采集装置通信连接；当所述旋转装置远离旋转中心的一端的所述热敏电阻的电阻值与所述测量管内的所述热敏电阻的电阻值相同时，通过计算所述旋转装置远离旋转中心的一端的所述热敏电阻的转速得到待测速气体的流速；

进一步地，所述控制终端还与所述旋转装置连接，用于控制旋转装置旋转。

进一步地，所述待测速气体的流速为：v＝(2×π×r×n)/60

其中，v为待测速气体的流速，r为旋转半径，n为所述旋转装置1一分钟内的转速。

进一步地，所述旋转装置包括旋转平台、旋转杆和电机；所述旋转平台与所述电机连接，在所述电机的带动下旋转；所述旋转杆与所述旋转平台连接，在所述旋转平台的带动下旋转；所述热敏电阻设置于所述旋转杆远离所述旋转平台的一端连接。

进一步地，所述旋转装置还包括平衡杆；所述平衡杆设置于所述旋转平台上与所述旋转杆对称的一端，用于在所述旋转平台旋转时保持平衡。

进一步地，所述热敏电阻为铂电阻。

进一步地，所述铂电阻的横截面积小于6mm²。

进一步地，所述测量管在与所述旋转装置处于同一温度。

本实用新型利用等效转换的原理，将测量管中的气流对热敏电阻的冲击散热作用等效为旋转装置上的热敏电阻相对于空气的旋转散热作用，待测速气流流过热敏电阻的速度如果与热敏电阻在旋转装置上旋转的线速度相同，测铂电阻端电压将相等；反之，在保持相同环境温度下，当被测速气流作用下的热敏电阻的电压值与旋转装置上的热敏电阻的电阻值相等时，旋转装置中的热敏电阻旋转的线速度即为待测速气流的流速。而热敏电阻在旋转装置上旋转的线速度能被软件系统高精度的测量并计算出来。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本实用新型利用等效转换的原理将气流在测量管内的流速转换为热敏电阻在旋转装置上的线速度，通过测量热敏电阻在旋转装置上的线速度以便准确测量气流在测量管内的流速。

附图说明

图1是本实用新型的风速测量系统等效转换时的结构示意图。

图2是本实用新型的风速测量系统检测时的结构示意图。

附图标记：

1：测量管；21：旋转平台；22：旋转杆；23：电机；24：平衡杆；3：热敏电阻；4：采集装置；5：控制终端；6：电机控制装置；7：无线数据发送装置；8：无线数据接收装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

在附图中示出了根据本实用新型实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是本实用新型的风速测量系统等效转换时的结构示意图；图2是本实用新型的风速测量系统检测时的结构示意图。

如图1和2所示，本实用新型的提供了一种风速测量系统，包括：测量管1，用于使待测速气体流通；旋转装置，用于旋转；热敏电阻3，设置于测量管1内以及旋转装置远离旋转中心的一端，用于测量气流流动时的热敏电阻3值。

本实用新型利用等效转换的原理将气流在测量管1内的流速转换为热敏电阻3在旋转装置上的线速度，通过测量热敏电阻3在旋转装置上的线速度以便准确测量气流在测量管1内的流速。

热敏电阻3的端电压值与风速、当前环境有如下函数关系：

ux＝f1(vx)+f2(tx)

其中，vx是气流速度，tx是当前环境温度。

待测气流采样时，热敏电阻3设置于测量管1内，此时，热敏电阻3的电压：ua＝f1(va)+f2(ta)

旋转等效时，热敏电阻3设置于旋转装置远离旋转中心的一端，此时，热敏电阻3的电压：ub＝f1(vb)+f2(tb)

一般在无强烈热干扰情况下，短时间内试验室测试环境温度不会变化，ta＝tb，f2(ta)＝f2(tb)。因此，测量结果不会受到环境温度影响，即，系统在环境温度为0℃时测得的值与在30℃时测得的值是一样。上述描述中，通过测量热敏电阻3的电压值来判定热敏电阻3的热敏电阻3值是否相等。

在可选实施方式中，风速测量系统还包括：采集装置4，与热敏电阻3和旋转装置连接，用于采集热敏电阻3的热敏电阻3值和旋转装置的转速和旋转半径。

在可选实施方式中，风速测量系统还包括：控制终端5，与采集装置4通信连接；当旋转装置远离旋转中心的一端的热敏电阻3的热敏电阻3值与测量管1内的热敏电阻3的热敏电阻3值相同时，通过计算旋转装置远离旋转中心的一端的热敏电阻3的转速得到待测速气体的流速；控制终端5还与旋转装置连接，用于控制旋转装置旋转。

待测速气体的流速为：v＝(2×π×r×n)/60

其中，v为待测速气体的流速，r为旋转半径，n为旋转装置1一分钟内的转速。

在可选实施方式中，旋转装置包括旋转平台21、旋转杆22和电机23；旋转平台21与电机23连接，在电机23的带动下旋转；旋转杆22与旋转平台21连接，在旋转平台21的带动下旋转；热敏电阻3设置于旋转杆22远离旋转平台21的一端连接。具体来说，旋转杆22的长度可调节，以便调节热敏电阻3的旋转半径。

在可选实施方式中，风速测量系统还包括电机控制装置6，控制终端5通过电机控制装置6控制电机23的转动。

在可选实施方式中，旋转装置还包括平衡杆24；平衡杆24设置于旋转平台21上与旋转杆22对称的一端，用于在旋转平台21旋转时保持平衡。旋转平台21倾斜会导致，旋转半径测量不准确，防止旋转平台21倾斜，可使测量结果更准确。

在可选实施方式中，热敏电阻3为铂电阻3。具体为小体积、高精度正温敏铂电阻3。当空气流过铂电阻3时，铂电阻3被降温，热敏电阻3下降，端电压变低；气流越快，散热越快，铂电阻3端电压越低。

空气离子采集管直径小，一般直径在30mm左右，内部还安装有电极，有效气流间隙在10mm左右，现有风速测量仪大多无法放入测量，即使能放入管内，也会因为探头太大，本身就会严重影响管内气流流速，使风速偏差过大。其它类似的空气采集分析仪器也都有类似的问题。故，在可选实施方式中，铂电阻3的横截面积小于6mm²，优选为1mm²。

下面以测量空气离子采集管内的气流流速为例，具体介绍本申请的风速测量系统的工作过程。

首先，具体介绍几个重要部件。

采集装置4：具体可设置于旋转平台21中央位置。采集装置4若设置于旋转平台21中央位置，需要跟随旋转平台21一起旋转，不便通不与其一同旋转的部件有线连接。因此电源采用电池，信号传输则采用无线方式。采集装置4可以5次/秒的速度采集铂电阻3的电压值和旋转平台21的旋转圈数，并通过无线数据发送装置7向控制终端5发送，控制终端5通过无线数据接收装置8。采集装置4以单片机为核心，配置12位的a/d转换器、433mhz无线数据发送模块、电池、pt1000铂电阻3、红外圈计数器。单片机可以5次/秒的速度采集铂电阻3端电压，经a/d转换成数字信号后，连同圈计数值一并将数据发送给控制终端5。

旋转平台21：旋转平台21支架由三角架作为支撑，提供采集装置4的安装平台，安装有长度可伸缩的旋转杆22，旋转杆22顶端固定铂电阻3。旋转平台21由电机23带动旋转。当旋转平台21旋转时，铂电阻3相对空气运动，等效为采集管即为上述测量管1中的待测速气流对铂电阻3的运动。其中为了保持旋转的平衡稳定性，与旋转杆22对称的方向设置了平衡杆24。旋转平台21也可直接由采集装置4担当，旋转杆22与平衡杆24直接与采集装置4连接。

电机控制装置6：电机控制装置6用来控制电机23的运转速度。当平台旋转时，固定在旋转杆22顶端的铂电阻3相对空气运行，用来等效待测管道中气流对铂电阻3的作用。电机23控制系统通过串口与控制终端5连接，接收控制终端5的控制指令来控制电机23的旋转。

无线数据接收系统：无线数据接收系统接收采集装置4发过来的铂电阻3的电压值及圈计数数据，并把该数据通过串口送到控制终端5。

控制终端5：控制终端5接收通过无线数据接收系统采集到的铂电阻3的电压信号及圈计数信号。当判定ua＝ub时，以ua＝ub为控制条件控制旋转平台21旋转至少60秒。铂电阻3在待测速气流中需要大约1分钟才能达到热稳定，达到稳定后，采集系统采集到的铂电阻3端电压设为u0。

下面介绍本申请的风速测量系统的工作过程。

检测过程：将铂电阻3如图2放入测量管1内，在待测速气流作用下，采集装置4采集铂电阻3的电压值，并以无线形式发送到控制终端5；

控制终端5将计算气流稳定1分钟内铂电阻3的电压平均值，稳定后记录下来，假设为u0；

等效转换过程：将铂电阻3从待测管内移出，并安装到旋转杆22顶端；

在电机23控制系统作用下，旋转杆22自动旋转；

控制终端5将计算气流稳定1分钟内铂电阻3的电压平均值，假设为u1，若所监测电压为u1＝u0，则认为此时铂电阻3的线速度与待测管内空气速度相等；

此时，启动计算机后台软件的开始60秒计时功能，以ua＝ub为控制条件控制旋转平台21旋转至少60秒，60秒后系统自动计算出风速结果。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。